Przez dziesięciolecia układy krzemowe stanowiły podstawę nowoczesnej informatyki. Teraz naukowcy znaleźli dla nich zupełnie nowe zastosowanie w biotechnologii. Chipy nie tylko przetwarzają informacje, ale coraz częściej służą także do badania żywych organizmów, rejestrowania aktywności neuronów, odczytywania DNA, a obecnie również do jego wytwarzania.
Czytaj więcej
Naukowcy znaleźli sposób na łączenie biologii z elektroniką, otwierając nowe możliwości w zakresie przechowywania danych i obliczeń. DNA nie tylko...
W badaniu opublikowanym w czasopiśmie „Nature Electronics” naukowcy z Uniwersytetu Harvarda zaprezentowali krzemowy chip, który może jednocześnie tworzyć 64 różne sekwencje DNA. Zamiast tradycyjnego procesu chemicznego, wymagającego dużej ilości rozpuszczalników, urządzenie wykorzystuje metodę enzymatyczną opartą na wodzie. Precyzyjnie sterowane impulsy elektryczne uruchamiają proces tworzenia DNA w wybranych miejscach na powierzchni chipa.
Syntetyczne DNA w medycynie
Syntetyczne DNA odgrywa ważną rolę w wielu dziedzinach współczesnej nauki i medycyny, między innymi w diagnostyce, inżynierii genetycznej oraz badaniach nad nowotworami. Obecnie większość DNA produkowanego na zamówienie powstaje z wykorzystaniem chemii fosforamidytowej. To sprawdzona metoda, która pozwala jednocześnie wytwarzać miliony różnych sekwencji.
Czytaj więcej
Najnowsze badania DNA ujawniły obecność materiału genetycznego pochodzącego od ludzi, zwierząt i roślin, co jeszcze bardziej komplikuje historię re...
Proces ten ma jednak istotne wady. Wymaga stosowania niebezpiecznych rozpuszczalników organicznych i zazwyczaj musi być prowadzony w dużych, wyspecjalizowanych zakładach.
Dlatego naukowcy od dawna pracują nad enzymatyczną syntezą DNA jako bezpieczniejszą i bardziej przyjazną dla środowiska alternatywą. Proces ten przebiega w wodzie i bardziej przypomina naturalny sposób, w jaki żywe komórki tworzą DNA. W przyszłości metoda ta mogłaby umożliwić budowę mniejszych, bezpieczniejszych i łatwiej dostępnych urządzeń do produkcji DNA.
Czytaj więcej
Model sztucznej inteligencji opracowany przez Google DeepMind może – zdaniem naukowców – zrewolucjonizować nasze rozumienie DNA, a także jego wpływ...
Dotychczas metody enzymatyczne znacznie ustępowały jednak tradycyjnym technologiom pod względem liczby sekwencji, które można było tworzyć jednocześnie. W poprzednich eksperymentach udawało się równolegle wytwarzać około tuzina sekwencji.
Chip opracowany przez zespół z Harvardu pozwolił jednocześnie stworzyć 64 różne sekwencje DNA. Każda z nich miała długość do 39 nukleotydów. To nowy rekord dla tej technologii.
Chip do produkcji DNA
Co ciekawe, urządzenie nie zostało pierwotnie zaprojektowane do wytwarzania DNA. Początkowo służyło do rejestrowania aktywności elektrycznej dużych grup neuronów.
Po przeprojektowaniu elektrod znajdujących się na powierzchni chipa naukowcy odkryli, że ta sama technologia może bardzo precyzyjnie sterować warunkami chemicznymi potrzebnymi do syntezy DNA.
Czytaj więcej
Ośmioro zdrowych dzieci urodziło się w wyniku procedury in vitro z użyciem materiału genetycznego trojga różnych osób. Do takiego pionierskiego zab...
Zespół pokazał również inne możliwe zastosowanie urządzenia. Wykorzystał 64 wytworzone sekwencje DNA do zakodowania tekstu o objętości 169 bajtów.
Przechowywanie danych w DNA to nadal technologia przyszłości, ponieważ wymagałoby produkowania ogromnych ilości materiału genetycznego. Naukowcy uważają jednak, że enzymatyczna synteza DNA w wodzie może stawać się coraz bardziej atrakcyjna wraz ze wzrostem skali produkcji.
Ograniczenie zużycia rozpuszczalników mogłoby również znacznie zmniejszyć wpływ masowej produkcji DNA na środowisko.
Czytaj więcej
Australijscy naukowcy opracowali technologię inżynierii białek, która skróci procesy zachodzące w komórkach ssaków. Naśladuje ona dobór naturalny,...
Badacze sprawdzili ponadto, czy można jeszcze zwiększyć wydajność chipa. W tym celu stworzyli urządzenia, w których miejsca syntezy rozmieszczono bliżej siebie. Liczyli, że dzięki temu uda się jednocześnie wytwarzać jeszcze więcej sekwencji DNA.
Eksperyment nie zakończył się powodzeniem, ale przyniósł ważne wnioski. Sam chip prawidłowo ograniczał obszary o niskim pH do wyznaczonych miejsc. Oznacza to, że problem nie leżał w działaniu urządzenia, lecz w reakcji chemicznej wykorzystywanej podczas syntezy DNA.
