Группа инженеров из Гарварда научила обычный кремниевый чип производить синтетическую ДНК. Устройство делает это прямо в воде, без литров агрессивных растворителей, которые раньше были необходимы.
До сих пор синтетическую ДНК получают в основном химическим путем. Метод отработан десятилетиями и позволяет создавать миллионы последовательностей параллельно, но требует опасных органических реагентов и громоздкого промышленного оборудования. Есть и другой путь — ферментативный синтез, который ближе к тому, как ДНК собирается внутри живых клеток. Он мягче, безопаснее и проходит в водной среде. Проблема в том, что раньше такие системы едва справлялись с десятком последовательностей одновременно — слишком мало для реальных задач.
Гарвардская команда подняла эту планку в разы. На поверхности их чипа разместились 64 независимые точки синтеза, и каждая способна собрать собственную цепочку ДНК длиной до 39 нуклеотидов — параллельно со всеми остальными.
Секрет заключается в паре электродов вокруг каждой точки. ДНК растет постепенно, нуклеотид за нуклеотидом, а между добавлением каждого нового звена молекулу нужно "разблокировать" — снять временную защитную группу. Для этого требуется кислая среда с низким pH. Внутреннее кольцо электрода подает ток и создает нужную кислотность именно в этой точке. Внешнее кольцо в этот момент забирает лишние протоны, не давая кислотности расползтись на соседние участки. Так десятки реакций идут бок о бок, не мешая друг другу.
Изначально этот чип создавался вовсе не для химии. Его разработали для записи электрической активности тысяч нейронов и картирования связей между ними. Точный контроль над током, который нужен для работы с живыми клетками, оказался пригоден и для управления кислотностью в микрообъемах.
Ученые не остановились на демонстрации самого механизма. С помощью 64 полученных последовательностей они закодировали в ДНК текстовый файл объемом 169 байт. Получилось наглядное доказательство того, что молекулы способны хранить цифровую информацию, а не только генетический код. Пока это лабораторный опыт, но в перспективе такой подход может стать основой для сверхплотных хранилищ данных, куда поместятся терабайты информации в объеме нескольких капель раствора. Если исследователям удастся решить эту задачу, водный метод сможет заменить часть химического производства ДНК и сделать индустрию заметно экологичнее.
Также недавно рассказывали, как «метеорит‑изгой» помог по‑новому взглянуть на вымирание динозавров. Подробности в статье.