Den lille silisiumbrikken som kan skrive DNA

Se for deg at datamaskinen din en dag kunne lage arvestoff. Ikke lese det. Ikke analysere det. faktisk bygge det — bokstav for bokstav — som en molekylær 3D-skriver.

Det høres ut som science fiction, men forskere ved Harvard holder på akkurat nå.

Hvorfor er dette viktig?

DNA-syntese er ikke noe nytt. Forskere har laget syntetisk DNA i årevis — det er avgjørende for koronatester, kreftforskning og genterapi. Problemet er bare metoden: Tradisjonell syntese bruker skikkelig farlige kjemikalier. Organiske løsemidler som krever spesialbygde fasiliteter og strenge sikkerhetstiltak.

Forskerne ved Harvard, ledet av professor Donhee Ham, tok en helt annen vei. I stedet for giftige kjemikalier bruker brikken deres enzymatisk syntese i vann — altså slik levende celler naturlig bygger DNA. Mye skånsommere, mye renere, langt mindre miljøproblem.

Fra hjerneforskning til molekylbygging

Det beste med denne historien? Brikken var slett ikke laget for DNA-syntese i utgangspunktet.

En tidligere doktorgradsstudent ved navn Jeffrey Abbott utviklet silisiumelektronikk for å registrere elektrisk aktivitet fra store grupper av nerveceller — hjerneforskning, med andre ord. Teknologien kunne styre små elektriske strømmer med høy presisjon.

Så slo det teamet: hva om vi brukte den samme presisjonen til å kontrollere molekyler i stedet for celler?

De redesignet overflateelektrodene, byttet ut delene som var vendt mot nerveceller til det de kaller «ringelektrodepar» — og vips, samme teknologien som leser hjernesignaler kunne nå styre de kjemiske forholdene som trengs for å bygge DNA.

Slik fungerer vitenskap noen ganger. En oppdagelse fører til noe helt uventet.

64 sekvenser samtidig

Det tekniske gjennombruddet som fikk forskerverdenen til å våkne: Brikken kan syntetisere 64 forskjellige DNA-sekvenser samtidig. Hver av dem kan være opptil 39 nukleotider lang, og de vokser uavhengig av hverandre — som 64 små molekylære produksjonslinjer som kjører samtidig.

Det høres kanskje ikke ut som et stort tall, men for enzymatisk DNA-syntese er dette virkelig en milepæl. Tidligere metoder lå på rundt et titalls sekvenser om gangen.

Systemet er elegant i sin enkelthet. Hver av de 64 stedene på brikken har to konsentriske ringelektroder som omkranser DNA-molekyler festet i sentrum. Når en elektrode aktiveres, genererer den indre elektroden protoner som senker den lokale pH-en, slik at den spesifikke DNA-strengen kan vokse. Den ytre elektroden fungerer som en protonsvamp og holder det sure området inne akkurat der. Ingen krysskontaminering, ingen forstyrrelser mellom sekvensene.

Hva betyr dette for deg?

Utenfor laboratoriet kan dette bety flere ting.

For det første kan det gjøre DNA-syntese tilgjengelig for flere. Akkurat nå må mesteparten av syntetisk DNA lages i sentraliserte spesialanlegg på grunn av de farlige løsemidlene. En skånsom, vannbasert metode kan etter hvert føre til mindre og tryggere systemer som flere laboratorier — til og med mindre slike — kan bruke.

Forskerne viste også at de 64 sekvensene kunne kode en 169-byte lang tekstmelding. Før du blir for begeistret: DNA-datalagring er fortsatt et langsiktig mål som krever produksjon av DNA i enorme mengder. Men her kommer poenget: Når vi snakker om å lagre data i DNA, blir det stadig viktigere å minske avhengigheten av giftige løsemidler. Enzymatisk syntese kan være nøkkelen til å gjøre dette bærekraftig.

Det store bildet

Det som slår meg mest med denne forskningen, er ikke bare den tekniske prestasjonen. Det er påminnelsen om at de største gjennombruddene kommer fra uventede steder.

Ingen satte seg ned for å bygge en DNA-skriver basert på hjerneforsknings-teknologi. Det skjedde fordi nysgjerrige forskere stilte spørsmålet: hva mer kan dette brukes til?

Slik sidelengs tenkning er det som driver vitenskapen fremover. Og hvem vet? Kanskje en dag vil de samme prinsippene som får mobilen din til å virke, bidra til å produsere DNA-baserte medisiner eller datalagringssystemer.

Ganske kult, sant?