Ученые из Гарварда превратили кремниевый чип в «фабрику» ДНК и закодировали в ней текст
Ученые из Гарвардского университета создали кремниевый чип, который синтезирует ДНК с помощью электрических импульсов в водной среде — без большого объема агрессивных органических растворителей. Разработка может сделать производство синтетической ДНК экологичнее и компактнее, а со временем — снизить его стоимость.
Сегодня большую часть синтетической ДНК производят химическим методом, который требует значительного объема органических растворителей и сложного промышленного оборудования. Гарвардские исследователи использовали ферментативный синтез — процесс, более близкий к естественному образованию ДНК в живых клетках и протекающий в водной среде.
Ключевую роль в технологии играет сам чип, на поверхности которого расположены 64 независимые зоны синтеза. Электрический ток локально изменяет кислотность среды в каждой из них, позволяя ферментам последовательно присоединять нуклеотиды и собирать заданную цепочку ДНК. Реакции удается удерживать в пределах отдельных зон, поэтому чип может одновременно создавать десятки разных последовательностей.
Во время экспериментов исследователи одновременно синтезировали 64 разные последовательности длиной до 39 нуклеотидов. По словам авторов работы, предыдущие ферментативные системы обычно могли параллельно создавать лишь около десяти цепочек.
Изначально кремниевый чип создавали не для работы с ДНК, а для регистрации активности тысяч нейронов. Позже исследователи поняли, что способность устройства точно управлять электрическим током подойдет и для другой задачи — локального контроля химических реакций при синтезе ДНК.
Авторы исследования показали еще один возможный сценарий использования чипа. С помощью 64 полученных последовательностей они закодировали в ДНК текст объемом 169 байт и тем самым продемонстрировали возможность хранить цифровые данные в молекулах. Пока речь идет только о подтверждении принципа, однако в будущем подобные системы могут использоваться для сверхплотного хранения информации.
Исследователи признали, что технология пока находится на ранней стадии развития. Когда они попытались разместить зоны синтеза плотнее, выяснилось, что основное ограничение связано не с электроникой чипа, а с химией процесса. Промежуточные молекулы могли проникать в соседние области и снижать точность синтеза.
Следующим шагом станет разработка новой химической схемы, необходимой для масштабирования технологии. Если ученым удастся значительно увеличить число одновременно создаваемых последовательностей, чип сможет стать более экологичной альтернативой существующим методам производства синтетической ДНК. В перспективе разработка может найти применение в синтетической биологии, медицинской диагностике и системах хранения данных.
Подпишитесь на «Инк» в Telegram. Там мы пишем нескучным языком о самом важном для предпринимателей. Подписаться.
