#哈佛的科學家在矽晶片上「列印」DNA——這不是科幻
我必須跟你們聊聊這件事。聽起來像科幻小說，但它正在實驗室裡真實上演。
哈佛的科學家研發出一塊小小的矽晶片——對，就是那種讓你的電腦和手機運作的東西——它能夠直接「寫入」DNA。不是只能讀取，不是只能研究，而是真的能合成，一個字母一個字母地，像是一台分子等級的3D印表機。
等等，這為什麼重要？
讓我先解釋一下背景。DNA合成並不是什麼新技術——科學家多年來一直在創造合成DNA，從Covid檢測到癌症研究再到基因療法，都用到它。但問題在於：傳統方法用了一些相當糟糕的化學物質。說的是那些危險的有機溶劑，需要專業設施和大量的安全防護措施。
由Donhee Ham教授領導的哈佛團隊採用了完全不同的方法。他們的晶片使用的是水基酶合成——基本上，這模仿了活細胞自然構建DNA的方式。更溫和、更乾淨、更環保。
「他們是怎麼想到這個的？」故事
這故事更酷的地方在於：這塊晶片根本不是為DNA合成設計的。
一位名叫Jeffrey Abbott的博士生當初開發這些矽電子元件，是要用來記錄大型神經元群體的電活動——你知道，就是做大腦研究用的。這項技術能精確控制微小的電流。然後團隊靈光一閃：如果把同樣的精確控制從細胞轉移到分子上呢？
他們重新設計了表面電極，把面對神經元的部分換成了所謂的「環形 electrode pairs」，然後——原本用來讀取大腦訊號的技術，現在可以控制建構DNA所需的化學條件了。
我就是喜歡科學這樣運作。一個突破引導出完全意想不到的東西。
64個序列同時進行——真正的里程碑
這項讓研究人員興奮的技術成就是：這塊晶片能同時合成64個不同的DNA序列。每個序列最長可達39個核苷酸，而且它們各自獨立生長，就像64條同時運作的分子裝配線。
這數字聽起來可能不多，但對於酶促DNA合成——也就是那種溫和的水基方法——這實際上是大突破。之前的方法一次只能處理大約十幾個序列。所以沒錯，這是貨真價實的里程碑。
運作方式相當巧妙。晶片上的64個位置各有兩個同心環形electrode，圍繞著中心的DNA分子。當啟動時，內環electrode產生質子，降低局部pH值，讓那條特定的DNA鏈生長。外環electrode則像海綿一樣吸收質子，將酸性區域限制在那一個位置。沒有交叉污染，序列之間也互不干擾。
為什麼你應該關心？
除了那些科學細節，這對你來說到底意味著什麼？
首先，這可能讓DNA合成變得更容易普及。現在大部分的合成DNA必須在專門的集中設施中生產，就是因為那些危險溶劑。更溫和的水基方法最終可能導致更小、更安全的系統，讓更多實驗室——甚至是規模較小的實驗室——也能使用。
研究團隊還展示了這64個序列可以編碼一段169位元組的文字訊息。在你太興奮之前，DNA資料儲存仍然是一個需要大規模製造DNA的長期目標。但重點是：當我們努力擴大DNA儲存規模時，減少對有毒溶劑的依賴變得越來越重要。酶促合成可能是實現可持續發展的關鍵一環。
更大的圖景
這項研究最讓我印象深刻的不只是技術成就——而是提醒了我們一些最大的突破來自意想不到的地方。沒有人一開始就打算用大腦研究技術來建造DNA寫入器。它發生了，因為好奇的科學家問了：「這個還能做什麼？」
就是這種橫向思考推動了科學前進。誰知道呢？也許有一天，你手機晶片背後的相同原理，會幫助製造未來的DNA藥物或資料儲存系統。
多酷啊？
來源： ScienceDaily