Гарвард разработал экологичный способ синтеза ДНК
Искусственная ДНК уже давно перестала быть научной фантастикой и активно применяется в современной медицине. Её используют для проведения точной диагностики заболеваний, редактирования генетического материала и разработки новых лекарственных препаратов против онкологических болезней.
Однако традиционные методы создания искусственных ДНК-молекул основаны на использовании опасных органических растворителей и химических процессов, которые оставляют токсичные отходы и требуют применения дорогостоящего защитного оборудования. Исследователи из Гарварда предложили принципиально другой подход — ферментативный синтез, при котором натуральные белки-ферменты собирают цепочки ДНК в обычном водном растворе.
Электроды управляют точностью синтеза
Основная сложность заключалась в том, чтобы заставить ферменты работать с ювелирной точностью на микроскопических участках. Для контролирования кислотности в нужных местах учёные разработали специальный микрочип с 64 независимыми микрозонами. Каждая зона оснащена двумя кольцевыми электродами.
Внутреннее кольцо при помощи электрического тока выделяет протоны и создаёт кислую среду в точке присоединения очередного звена ДНК. Внешнее кольцо функционирует как «химический барьер» — оно мгновенно перехватывает бегущие протоны и предотвращает распространение кислоты на соседние участки реакции.
Благодаря этому инновационному решению микрочип способен одновременно синтезировать 64 совершенно разные молекулярные последовательности длиной до 39 нуклеотидных оснований, без риска перепутать элементы между собой.
Информация, записанная в молекулу
Для практической проверки разработанной системы исследователи сгенерировали на чипе 64 уникальные цепочки ДНК и закодировали в их последовательность цифровые данные — текстовый файл объёмом 169 байт. Хотя это значительно меньше, чем объём памяти современного смартфона, эксперимент продемонстрировал главное — цифровую информацию действительно можно надёжно хранить внутри биологических молекул.
Учёные отмечают, что объёмы данных в мире растут ежедневно, и традиционные жёсткие диски со временем не смогут справляться с этим потоком информации. Молекулы ДНК способны сохранять терабайты данных в крошечной капле жидкости на протяжении тысячелетий. Благодаря новой экологичной технологии этот процесс станет не только доступным, но и безопасным для окружающей среды.
