Něco, co zní jako sci-fi, ale děje se to právě teď v laboratoři.
Vědci z Harvardu vyrobili malý čip z křemíku — ano, ze stejného materiálu, ze kterého je tvůj počítač a telefon — který umí doslova zapisovat DNA. Nejen číst. Nejen studovat. Skutečně ji syntetizovat, písmeno po písmeni, jako molekulární 3D tiskárna.
Proč je to vůbec důležité?
Pojďme se na chvíli vrátit zpátky. Syntéza DNA není nic nového. Vědci vytvářejí syntetickou DNA už roky — je to klíčové pro covid testy, výzkum rakoviny i genovou terapii. Ale tady je ten háček: klasická metoda používá pořádně nebezpečnou chemii. Mluvíme o vysoce toxických organických rozpouštědlech, která vyžadují specializovaná zařízení a spoustu bezpečnostních opatření.
Tým z Harvardu, vedený profesorem Donhee Hamem, zvolil úplně jiný přístup. Místo těch drsných chemikálií jejich čip využívá vodní enzymatickou syntézu — v podstatě napodobuje, jak živé buňky DNA přirozeně staví. Mnohem šetrnější, mnohem čistší, o dost menší ekologická katastrofa.
Příběh typu „Jak je možné, že je někdo tak chytrý?"
Tady přichází to nejlepší. Ten čip vůbec nebyl původně navržený pro syntézu DNA.
Doktorand Jeffrey Abbott ho vyvíjel jako křemíkovou elektroniku pro záznam elektrické aktivity velkých skupin neuronů — víš, pro výzkum mozku. Technologie dokázala přesně ovládat malé elektrické proudy. Pak týmu svitlo: co kdybychom tu samou přesnost přesměrovali z buněk na molekuly?
Přemodelovali povrchové elektrody, vyměnili části orientované na neurony za takzvané „páry prstencových elektrod" — a bum — stejná technologie, která četla mozkové signály, teď mohla ovládat chemické podmínky potřebné pro stavbu DNA.
Miluju, když věda funguje takhle. Jeden průlom vede k něčemu úplně nečekanému.
64 sekvencí najednou — pořádný milník
Tady je ten technický úspěch, který nadchl výzkumníky: čip dokáže syntetizovat 64 různých DNA sekvencí současně. Každá může být dlouhá až 39 nukleotidů a všechny rostou nezávisle na sobě, jako 64 malých molekulárních výrobních linek běžících najednou.
Možná to nezní jako velké číslo, ale pro enzymatickou syntézu DNA — tu šetrnější, vodní metodu — je to docela velká věc. Předchozí metody zvládaly tak tucet sekvencí najednou. Takže ano, je to skutečný milník.
Princip je elegantní. Každý z 64 míst na čipu má dvě soustředné prstencové elektrody obklopující DNA molekuly ukotvené ve středu. Když se aktivují, vnitřní elektroda generuje protony, které sníží lokální pH, a umožní tak konkrétnímu vláknu DNA růst. Vnější elektroda funguje jako „houba na protony" a udržuje kyselou oblast pouze na tom jednom místě. Žádné křížové kontaminace, žádné interference mezi sekvencemi.
Proč by ti to mělo být jedno?
Kromě vědeckých detailů — co to vlastně znamená pro tebe?
Za prvé, mohlo by to zpřístupnit syntézu DNA. V současnosti se většina syntetické DNA musí vyrábět ve specializovaných centralizovaných zařízeních právě kvůli těm nebezpečným rozpouštědlům. Šetrnější, vodní přístup by mohl postupně vést k menším, bezpečnějším systémům, které by mohly používat i menší laboratoře.
Vědci také předvedli, že těchto 64 sekvencí dokáže zakódovat 169bajtovou textovou zprávu. Než se nadchnete, DNA datové úložiště je pořád dlouhodobý cíl, který by vyžadoval výrobu DNA v naprosto masivním měřítku. Ale tady je ta věc: jak se budeme snažit škálovat DNA úložiště, snižování závislosti na toxických rozpouštědlech bude čím dál důležitější. Enzymatická syntéza by mohla být klíčová pro udržitelnost toho všeho.
Větší obrázek
Co mě na tomto výzkumu zasahuje nejvíc, není jen technický úspěch — je to připomínka, že některé největší průlomy přicházejí z nečekaných míst. Nikdo se nechystal postavit DNA writer pomocí mozkové výzkumné technologie. Stalo se to proto, že zvídaví vědci se ptali: „Co dalšího by to mohlo dělat?"
Takové laterální myšlení posouvá vědu kupředu. A kdo ví? Třeba jednoho dne stejné principy, které stojí za tvým smartphonovým čipem, pomůžou vyrábět DNA léky nebo datová úložiště budoucnosti.
Jak cool je tohle?
Zdroj: ScienceDaily