Cambridge, MA — Mikroelektronik ve biyolojinin çarpıcı bir birleşiminde, Harvard Üniversitesi araştırmacıları bir silikon çipi DNA yazan bir makineye dönüştürdü. Bu hafta Nature Electronics'te yayınlanan cihaz, hassas bir şekilde kontrol edilen elektrik akımları ve su bazlı enzimler kullanarak 64 farklı DNA dizisini paralel olarak sentezliyor — bugün DNA üretimine hakim olan çözücü yoğunluklu kimyasal sürece temiz bir alternatif.
SEAS'ta John A. ve Elizabeth S. Armstrong Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Profesörü Donhee Ham liderliğindeki ekip, başlangıçta nöronlardan elektriksel aktivite kaydetmek için tasarlanmış bir çipi yeniden kullandı. Yüzey elektrotlarını yeniden tasarlayarak, aynı hassas akım enjeksiyon teknolojisinin, DNA'yı her seferinde bir nükleotid olacak şekilde inşa etmek için gereken kimyasal koşulları kontrol edebileceğini keşfettiler.
Yaşam Molekülünü İnşa Etmenin Daha Temiz Bir Yolu
Sentetik DNA, modern biyoteknolojinin görünmez iş gücüdür — teşhis, genom mühendisliği, kanser araştırmaları ve aşı geliştirme için gereklidir. Çoğu, tehlikeli organik çözücülere bağımlı olan ve tipik olarak büyük, merkezi üretim tesisleri gerektiren fosforamidit kimyası kullanılarak üretilir.
Enzimatik DNA sentezi, toksik kimyasallar yerine su kullanan ve canlı hücrelerin DNA'yı doğal olarak inşa etme şeklini taklit eden daha nazik bir alternatif olarak uzun süredir araştırılmaktadır. Ancak şimdiye kadar, enzimatik yöntemler verimlilik açısından geleneksel üretimin çok gerisinde kaldı — önceki en iyi gösterimler aynı anda yalnızca bir düzine kadar dizi üretebiliyordu. Harvard çipinin 39 nükleotid uzunluğa kadar 64 diziyi sentezleme yeteneği yeni bir referans noktası oluşturuyor.
Çip Nasıl Çalışıyor
Çipin yüzeyi, her biri merkezde sabitlenmiş DNA moleküllerini çevreleyen iki eşmerkezli halka elektroda sahip 64 sentez bölgesi içerir. Etkinleştirildiğinde, iç elektrot yerel pH'ı düşüren protonlar üretir ve DNA ipliğinin bir nükleotid uzamasına izin verir. Dış elektrot aynı anda başıboş protonları uzaklaştırarak asidik reaksiyonu tek bir bölgeyle sınırlar. Bu işlemi döngüler boyunca tekrarlayarak, çip yüzeyinde bağımsız olarak 64 benzersiz DNA dizisi oluşturur.
DNA Veri Depolama ve Gelecek Yol
Ekip, çipin ürettiği 64 DNA dizisine 169 baytlık bir metin mesajı kodlayarak cezbedici bir uygulama gösterdi. DNA tabanlı veri depolama, muazzam üretim ölçekleri gerektiren uzun vadeli bir hedef olarak kalmaya devam ederken, araştırmacılar su bazlı enzimatik sentezi, hacimler büyüdükçe giderek daha cazip bir yol olarak görüyor ve potansiyel olarak çok büyük ölçekte DNA yazmak için çok daha çevre dostu bir yöntem sunuyor.
Eleştirel bir engel devam ediyor: Ekip ölçeği büyütmeye çalıştığında, sınırlayıcı faktörün çipin kendisi değil, koruma giderme kimyası olduğu kanıtlandı. Koruma giderme sırasında üretilen ara moleküller komşu sentez bölgelerine sürüklenerek dizileri karıştırabilir. "Çip bizden isteneni yaptı," dedi ilk yazarlardan Han Sae Jung. "Sınırlama, silikondan değil, koruma giderme kimyasından geldi. Bu, alan için net bir sonraki adım bırakıyor — çiple aynı hızda kalabilecek daha doğrudan bir asit kaynaklı koruma giderme kimyası geliştirmek."
