Az egész fotótárad egy kémcsőben?

Van úgy, hogy olvas az ember valamit, és azon kapja magát, hogy úgy bámul a képernyőre, mintha sci-fi-t nézne. Most épp ez a helyzet.

Tudósok nemrég építettek egy apró szilíciumchipet — nagyjából akkorát, mint egy hüvelykujj körme —, ami elektromosság és víz segítségével DNS-t állít elő. Mérgező vegyszerek nélkül. Védőfelszerelés nélkül. Csak pontosan irányított áramütések, amelyek elvégzik a munkát.

Ez az egyik legizgalmasabb dolog, amiről idén olvastam.

Miért lenne fontos a DNS neked?

De mielőtt belemennénk a chipes részletekbe, beszéljünk arról, miért számít ez nekünk, hétköznapi embereknek. Az nyilvánvaló, hogy a DNS az, ami téged téged csinál. De van itt valami még érdekesebb: a DNS gyakorlatilag a természet tökéletes adattároló rendszere.

Gondolkozz el ezen. A Földön minden élőlény a genetikai utasításait DNS-molekulákban tárolja. Ezek a molekulák hihetetlenül kis helyen elférnek. Elméletileg exabájtnyi adatot lehetne tárolni egy cukorkockánál kisebb térfogatban.

Képzeld el, hogy soha nem fogy el a telefonod tárhelye.

A DNS ráadásul az oltások középpontjában is ott van — gondolj csak a COVID elleni mRNS-vakcinákra —, a genetikai betegségek terápiájában, a rákkezelésekben. Szóval ha valaki új módszert talál a szintetikus DNS előállítására, az óriási lökést ad a medicina egészének.

Az eddigi módszer nem volt túl szép

Jelenleg a szintetikus DNS gyártása úgynevezett foszforamidit-kémiát használ. Működik, ez nem kérdés. De kell hozzá mérgező oldószer, speciális labor, és őszintén szólva olyan körülmények, amelyekhez már doktori cíem kellene a biztonságos kezeléshez.

Olyan ez, mintha csak azért, hogy sütit süss, neked kellene egy ipari konyha.

Bemutatom a szilíciumchipet

A Harvard egyik csapata — Pohang Egyetem segítségével — valami egészen figyelemre méltót alkotott. Elővették azt a chipet, amit eredetileg neuronok elektromos aktivitásának mérésére terveztek,adtak neki egy kis tuningot, és DNS-gyártó üzemet csináltak belőle.

A varázslat lényege az úgynevezett enzimatikus DNS-szintézis. Ez azt jelenti, hogy utánozzák, ahogy az élő sejtek természetesen felépítik a DNS-t, nem pedig az ipari kémiai megközelítést alkalmazzák. És ami a legjobb: a veszélyes oldószerek helyett gyakorlatilag csak vizet használnak.

A chip precíz elektródái szabályozzák azokat a kémiai körülményeket, amelyekre a DNS-szálak építéséhez szükség van. A legutóbbi kísérletük során 64 különböző DNS-szekvenciát állítottak elő egyszerre, mindegyik 39 nukleotid hosszúságú. Ez óriási ugrás az előző kísérletekhez képest, amelyek maximum egy tucatnyi szekvenciát tudtak egyszerre előállítani.

Donhee Ham, a kutatás vezető szerzője szerint a chip precíz áramvezérlését "átirányították" a neuronokról a molekulákra. Ugyanaz az eszköz, más feladat. Az ilyen kreatív problémamegoldás az, ami igazán izgalmassá teszi a tudományt.

Miben van még hátra?

Nem szeretném túl本市化ni ezt. A technológiának még van hova fejlődnie.

A kutatók felfedezték, hogy amikor megpróbálták kisebbre venni a szintézis helyeket és több DNS-előállítást zsúfolni a chipre, gondok adódtak. Egy deprotekció nevű lépés során — amikor a védőcsoportokat eltávolítják a nukleotidokról — a molekulák eljutottak a szomszédos helyekre, és interferenciát okoztak.

Ahogy az egyik kutató fogalmazott: "A korlát a deprotekciós kémiából jött, nem a szilíciumból."

Tehát maga a chip remekül működik. A kémia az, amit még finomítani kell. De itt a lényeg: ez egy megoldható probléma. A kutatók pontosan tudják, min kell dolgozniuk.

Miért izgat ez engem?

Őszintén szólva, én technológiai rajongó vagyok, nem biológus. Mégis értékelem, mit jelent ez.

Olyan jövőről beszélünk, ahol:

• Az adatokat évszázadokra — lehet, hogy évezredekre — tárolhatjuk DNS-ben, minimális degradáció mellett
• A gyógykezelések sokkal személyre szabottabbá és elérhetőbbé válhatnak
• A biotechnológiai kutatások környezeti lábnyoma drámaisan csökkenhet

És van valami költői abban, hogy a természet saját információtároló rendszerét használjuk fel a modern adattárolási problémák megoldására. Mintha körbe érnénk — az emberiség tanul a biológiától, majd azt a tudást visszaadja az emberi szükségletek kiszolgálására.

A kutatók maguk is elismerik, hogy a gyakorlati DNS-adattároláshoz sokkal több szekvenciát kell párhuzamosan előállítaniuk a mostani 64-nél. De azt is mondják, hogy ez a chip "környezetbarát utat" kínál efelé a cél felé.

A lényeg

Még évek munkája van hátra. De minden áttörés egy bizonyítási koncepcióval kezdődik, és ez a chip pontosan az. Betekintést ad, milyen lehet a biotechnológia, ha abbahagyjuk, hogy erőltetjük a természetet az ipari folyamatokba, és inkább együttműködünk a biológiai mechanizmusokkal.

Figyelni fogom ezt a témát. Ha megoldják a deprotekciós kémia problémáját, valódi forradalmat láthatunk a gyógyászatban és az adattárolásban egyaránt.

Most pedig ha megbocsátotok, elmegyek átérezni, hogy valahol egy Harvard-laboratóriumban van egy pici chip, ami zseniálisan ért a life's molekulák építéséhez.

Forrás: Popular Mechanics