|
Кремниевый чип выращивает ДНК в обычной воде
|
|
|
|
ДНК — эта важнейшая совокупность нуклеотидов — является планом жизни, какой мы её знаем, и способность учёных воспроизводить эту огромную силу природы привела к невероятным прорывам в разработке вакцин, генной терапии, исследованиях рака и других биотехнологических приложениях, включая хранение данных в ДНК. Но хотя синтетическая ДНК играет жизненно важную роль в современной медицине, фактическое создание этих важнейших двойных спиралей далеко не просто.
|
|
|
|
Современный синтез ДНК требует процесса, известного как фосфорамидитная химия, который основан на использовании опасных растворителей и специализированных установок, недоступных для некоторых лабораторий, не имеющих необходимых ресурсов. Теперь новое исследование, опубликованное в журнале Nature Electronics и проведенное учёными из Гарварда, демонстрирует новый метод синтеза ДНК с использованием революционных инструментов. Этот новый процесс основан на более щадящем и экологически чистом методе синтеза, известном как «ферментативный синтез ДНК», и в основном использует воду вместо химических веществ, более точно имитируя то, как живые клетки строят ДНК. Используя кремниевый чип, способный контролировать электрические токи в определенных местах, ученые успешно одновременно синтезировали 64 различные последовательности ДНК (каждая из которых состоит из 39 нуклеотидов). Это значительно превосходит предыдущие подходы к ферментативному синтезу ДНК, которые позволяли воспроизводить лишь около десятка последовательностей, и приближает эту технологию к тому, чтобы стать настоящей альтернативой фосфорамидитной химии.
|
|
|
|
|
|
|
«Хранение данных с помощью ДНК требует от синтеза ДНК работы в масштабах, значительно превышающих сегодняшние потребности», — заявил в пресс-релизе Ву-Бин Чонг, соавтор исследования из Университета Пхохана. «Именно поэтому ферментативный синтез в воде может иметь значение. Если можно будет синтезировать гораздо больше 64 последовательностей параллельно, это может предложить экологически чистый способ записи ДНК в очень больших масштабах».
|
|
|
|
Изначально чип не был разработан как машина для создания ДНК. Вместо этого, аспирант лаборатории Донхи Хэма в Гарварде — один из ведущих авторов исследования — первоначально разработал чип для регистрации электрической активности в группе нейронов. Однако после переработки некоторых поверхностных электродов, точный электрический контроль чипа также можно было использовать для регулирования химических условий, необходимых для воспроизведения ДНК.
|
|
|
|
«Отличительной особенностью чипа была точная подача тока, которую мы использовали для повышения проницаемости нейронных мембран для внутриклеточного доступа», — сказал Хэм в пресс-релизе. «В какой-то момент мы задались вопросом, можно ли перенаправить тот же контроль тока с клеток на молекулы, заменив обращенные к нейронам электроды парами кольцевых электродов, которые могли бы локализовать pH для синтеза ДНК. Это сработало».
|
|
|
|
Конечно, использование ДНК в качестве метода хранения требует масштабного масштабирования этой технологии, поэтому исследователи, естественно, задались вопросом, можно ли разместить участки синтеза на чипе ближе друг к другу и одновременно производить больше последовательностей ДНК. Ответ был одновременно и да, и нет.
|
|
|
|
Чип выполнил свое обещание обеспечить локализованное снижение pH, как описывает Хэм выше, но химический процесс, известный как дезащита — который включает удаление временных защитных групп, экранирующих реактивные участки нуклеотидов, — дал сбой, поскольку промежуточные молекулы перемещались к соседним участкам, уменьшая разделение.
|
|
|
|
«Ограничение было связано с химией дезащиты, а не с кремнием», — заявил в пресс-релизе Хан Саэ Чонг, научный сотрудник Гарварда и один из соавторов исследования. «Это указывает на четкий следующий шаг в этой области — разработку более прямой кислотно-управляемой химии дезащиты, которая сможет идти в ногу с чипом».
|
|
|
|
Поскольку синтетическая ДНК лежит в основе многих современных медицинских технологий, поиск способа устойчивого создания этих важных биотехнологических инструментов является крайне необходимым. С этим новым чипом ученые на шаг приблизились к воплощению этой мечты в реальность.
|
|
|
|
Источник
|
