Кремниевый чип от Гарварда научился синтезировать 64 цепочки ДНК одновременно — шаг к доступной синтетической биологии
Исследователи из Гарвардского университета разработали кремниевый чип, способный параллельно создавать 64 разные последовательности ДНК. Это первое устройство такого рода, объединяющее полупроводниковые технологии с ферментативным синтезом молекул. Результаты работы опубликованы в научном журнале Nature Electronics.
Традиционно синтетическую ДНК получают с помощью фосфорамидитной химии — надёжного, но требующего токсичных органических растворителей процесса. Ферментативный синтез на водной основе считается более экологичным и безопасным, однако до сих пор уступал по количеству одновременно создаваемых последовательностей. Новый чип увеличил этот показатель до 64, каждая длиной до 39 нуклеотидов.
Принцип работы основан на точном изменении кислотности раствора с помощью электрического тока. На поверхности чипа расположены 64 независимых участка с двумя кольцевыми электродами. Внутренний электрод снижает pH локально, запуская реакцию добавления нуклеотида, а внешний удерживает кислую среду в пределах участка, не давая ей влиять на соседние зоны.
Изначально технология создавалась для регистрации электрической активности нейронов. Учёные адаптировали конструкцию электродов и обнаружили, что она позволяет управлять химическими реакциями синтеза ДНК. Это пример того, как микроэлектроника может служить не только для вычислений, но и для управления биологическими процессами.
Чтобы проверить возможности хранения данных, команда закодировала текстовый фрагмент размером 169 байт в синтезированных последовательностях. Пока ДНК-хранилища требуют масштабирования на тысячи последовательностей, но водный ферментативный синтез рассматривается как перспективная экологичная альтернатива для будущих систем массового производства.
При попытке увеличить количество участков учёные столкнулись с ограничением: основная проблема оказалась не в чипе, а в химии удаления защитных групп. Промежуточные соединения могут распространяться между участками и снижать точность. Как отметил один из авторов работы, Хан Сэ Чжун, чип отлично локализует низкий pH, но нужен более прямой химический механизм для защиты групп. Следующий шаг — разработка такого механизма, чтобы использовать все преимущества кремниевой платформы.
Разработка важна для множества направлений: от геномной инженерии и диагностики до исследований рака. Доступность синтетической ДНК — один из ключевых факторов прогресса в современной биологии и медицине.
