Кремниевый чип научился записывать ДНК
Кремниевые чипы привычно работают в наших компьютерах и смартфонах. Но гарвардские учёные нашли для них совершенно новое применение. Они создали чип, который собирает молекулы ДНК, как конструктор. Раньше для этого требовались ядовитые химикаты и огромные заводские лаборатории. Новый чип работает иначе: он строит ДНК в обычной воде с помощью ферментов — тех же самых «строительных белков», которые работают в наших клетках. А вместо сложной химии чип использует крошечные электрические импульсы. Они включают сборку в нужном месте, как выключатель зажигает лампочку. В результате чип может создавать 64 разных фрагмента ДНК одновременно. Это безопаснее, проще и доступнее, чем старые методы.[1].
Более чистый способ производства ДНК
Синтетическая ДНК незаменима в диагностике, генной инженерии и онкологии. Сегодня её получают с помощью фосфорамидитной химии. Этот метод даёт миллионы последовательностей. Но он требует токсичных растворителей и крупных заводов. Учёные давно ищут альтернативу. Ферментативный синтез работает в воде, как в живых клетках. Он безопаснее и может быть доступнее. Однако раньше такие методы отставали по производительности. Предыдущие разработки давали лишь дюжину цепочек за раз. Чип гарвардской команды синтезирует 64 последовательности длиной до 39 нуклеотидов. Это новый рекорд для ферментативного синтеза [2].
Как чип пишет ДНК
ДНК собирается по одному нуклеотиду. После каждого добавления временная блокирующая группа останавливает рост. Чтобы присоединить следующий нуклеотид, её нужно удалить. Этот процесс называется деблокированием. Он запускается кислой средой в воде [2].Одновременный синтез требует локального снижения pH. Чип делает это с помощью крошечных токов. На его поверхности 64 ячейки. В каждой есть два концентрических кольцевых электрода. Они окружают молекулы ДНК в центре. При активации внутренний электрод генерирует протоны. Кислотность локально падает, и цепочка растёт. Внешний электрод поглощает протоны, не давая им распространяться. Цикл за циклом чип строит 64 уникальные последовательности [3].
От мозга к молекулам
Интересно, что чип создавался не для синтеза ДНК. Джеффри Эбботт из лаборатории Хэма разработал его для записи активности нейронов. Переработав электроды, учёные поняли, что та же технология управляет химией синтеза [1]. «Особенность чипа — точная инжекция тока, — объясняет Дон Хэм, профессор Гарвардской школы инженерии. — Мы использовали её для проникновения в нейроны. Затем мы задумались: можно ли перенаправить этот контроль с клеток на молекулы? Заменить электроды для нейронов на кольцевые пары, локализующие pH. Это сработало» [2].
ДНК как хранилище данных
Команда показала и другой потенциал технологии. С помощью 64 синтезированных последовательностей они закодировали текст объёмом 169 байт [1]. Хранение данных в ДНК пока далеко от внедрения. Оно требует синтеза в колоссальных масштабах. Но именно в этом водный ферментативный подход выигрывает. Чем больше ДНК нужно записать, тем важнее снизить использование растворителей [2]. «Хранение данных в ДНК требует синтеза в масштабах, далёких от сегодняшних, — говорит Ву-Бин Джун, соавтор работы. — Именно поэтому ферментативный синтез в воде важен. Если удастся синтезировать гораздо больше 64 последовательностей, это станет экологичным путём к записи ДНК в огромных объёмах» [1].
Химия — следующее препятствие
Учёные попытались увеличить плотность ячеек на чипе. Эксперимент не удался, но дал важный результат. Сам чип точно удерживал кислую среду там, где надо. Ограничение пришло из химии деблокирования [2]. Кислота не удаляет блокирующие группы напрямую. Она генерирует промежуточные молекулы, которые делают это. Эти молекулы могут дрейфовать к соседним ячейкам, нарушая границы между реакциями [3]. «Чип сделал то, что мы просили: локализовал низкий pH в нужных местах, — говорит Хан Сэ Джун, соавтор. — Ограничение пришло от химии, а не от кремния. Это ясный следующий шаг — разработать более прямой кислотный процесс, который не отставал бы от возможностей чипа» [2].
Список источников
- Harvard scientists turn a silicon chip into a DNA writing machine – ScienceDaily, 2026
- Parallel enzymatic DNA synthesis using a semiconductor chip – Nature Electronics, 2026
- Making DNA on a semiconductor chip – Nanowerk, 2026
