Tiszta technológia: enzimes DNS-gyártás
A szintetikus DNS elengedhetetlen a modern orvostudomány és a tudomány számos területén, például a diagnosztikában, a genom-szerkesztésben és a rákutatásban. Míg a tömeges gyártásban eddig elterjedt foszforamidit technológia rengeteg szerves oldószert használ és központosított, speciális laboratóriumokat igényel, az enzimes DNS-szintézis sokkal környezetbarátabb alternatívát jelenthet: vizet használ és a természetes DNS-építés folyamatát utánozza. Ugyanakkor eddig csak néhány párhuzamos szekvencia előállítása volt lehetséges ezzel a módszerrel. Most viszont a Harvard chipje 64 különböző nukleotidsorozatot hozott létre egyszerre, mindegyik 39 bázis hosszúságú – ezzel új mérföldkövet állítva fel a technológiában.
Így működik a DNS-író chip
A DNS felépítése nukleotidonként zajlik. Minden egyes építőelem hozzáadása után ideiglenes védőcsoport akadályozza meg a szál továbbépülését. Ahhoz, hogy a következő nukleotid kapcsolódhasson, ezt a védelmet el kell távolítani, amit vízben alacsony pH-jú, savas közeg idéz elő. Több szekvencia párhuzamos összeállításához minden ciklusban csak a kiválasztott pontokon kell csökkenteni a pH-t. A chip ezt apró elektromos áramokkal oldja meg: 64 különálló szintetizálóhelyen, ahol koncentrikus gyűrűelektródák körbeveszik a középen rögzített DNS-molekulákat. Aktiváláskor a belső elektróda protonokat generál, így lokálisan savasít, míg a külső elektróda megakadályozza, hogy a savas közeg elterjedjen. Így precízen, egymástól függetlenül lehet 64 egyedi DNS-szekvenciát építeni.
Idegrendszeri kutatástól a DNS-írásig
A fejlesztés érdekessége, hogy eredetileg nem DNS-gyártásra szánták a chipet, hanem idegsejtek elektromos tevékenységének mérésére fejlesztették ki. Módosítás után viszont az elektródák precíz ionszabályozása tökéletesnek bizonyult a DNS-szintetizálásához is. A chip lényege a pontos árambefecskendezés, amellyel az egyik pillanatban sejtmembránt, a másik pillanatban DNS-molekulát lehet célzottan befolyásolni.
Adattárolás DNS-ben: elérhető közelségben?
A kutatók bemutatták, hogy a 64 szintetikus DNS-sorozatot fel lehet használni adat kódolására: egy 169 bájtos szöveget tároltak így. Bár a DNS-alapú adattárolás ma még csak vízió – a drága gyártás miatt –, az enzimes, vízalapú szintézis elterjedése idővel a nagy volumenű adattárolás környezetbarát alapját adhatja. A méretnövelés, a gyártott DNS mennyisége és a technológia környezeti lábnyoma mind kulcsfontosságú tényezők.
A következő kihívás: tökéletesebb kémia
A csapat minél sűrűbben szerette volna elhelyezni a szintetizálóhelyeket a chipeken, hogy tovább növeljék az egyszerre előállítható DNS-szekvenciák számát. Az új kísérletek viszont rávilágítottak: maga a chip továbbra is pontosan lokalizálja az alacsony pH-t, viszont a használt kémiai folyamat – főként a deprotekció – korlátozza az eljárást. Az ideiglenes védőcsoportot sav helyett közbenső vegyület távolítja el, ez pedig a szomszédos pontokra is elvándorolhat. Így a technológia szűk keresztmetszete már nem a chip, hanem maga a kémiai módszer. Ennek alapján megállapítható, hogy a következő mérföldkő egy sokkal közvetlenebb, savvezérelt deprotekciós eljárás kifejlesztése lesz.
Nemzetközi együttműködés és támogatás
A program a Harvard, a Broad Institute, a DNA Script és a dél-koreai POSTECH kutatóinak közös eredménye, szoros együttműködésben született. A fejlesztés szellemi tulajdona is bejegyzés alatt áll. A kutatást többek között az Egyesült Államok hírszerző szervezeteinek kutatási alapja, az Európai Unió Horizon Europe-programja és a Samsung is támogatta.
