Istraživači sa Sveučilišta Harvard razvili su poluvodički čip koji može sintetizirati 64 različite sekvence DNK-a paralelno koristeći električne struje i enzimski proces na bazi vode, potencijalno nudeći alternativu konvencionalnim metodama proizvodnje DNK.

Čip koristi lokaliziranu električnu kontrolu za pokretanje sinteze DNK na odabranim mjestima na svojoj površini. Takav pristup izbjegava kemiju fosforamidita s visokim udjelom otapala koja se danas široko koristi za proizvodnju sintetičke DNK.

Sintetička DNK ključni je alat u modernoj biotehnologiji, podržavajući primjene u rasponu od dijagnostike i genomskog inženjerstva do istraživanja raka. Iako se enzimska sinteza DNK pojavila kao ekološki prihvatljivija alternativa, teško se može mjeriti s razmjerima konvencionalnih metoda.

Prema istraživačima, enzimski pristupi do sada su bili ograničeni na istovremenu proizvodnju desetak DNK sekvenci. U novoj studiji, čip je paralelno generirao 64 različite sekvence DNK, pri čemu je svaka sekvenca dosezala duljinu do 39 nukleotida.

Sinteza DNK odvija se jedan po jedan nukleotid. Nakon svakog dodavanja, privremena blokirajuća skupina mora biti uklonjenaprije nego što se sljedeći nukleotid može pričvrstiti.

Digitalne informacije u molekulama DNK

Kako bi kontrolirali ovaj proces, tim s Harvarda dizajnirao je čip sa 64 mjesta sinteze. Svako mjesto sadrži dvije koncentrične prstenaste elektrode koje okružuju lance DNK usidrene u središtu.

Kada se aktivira, unutarnja elektroda generira protone koji snižavaju pH oko odabranog lanca DNK. Ovo kiselo okruženje omogućuje enzimski rast DNK. Istovremeno, vanjska elektroda troši difuzirajuće protone, sprječavajući širenje područja niskog pH na susjedna mjesta.

Ponavljanjem ovog procesa na odabranim lokacijama tijekom svakog ciklusa sinteze, čip može istovremeno izgraditi mnogo različitih sekvenci DNA. Rad se temelji na poluvodičkoj platformi izvorno razvijenoj za neuroznanstvene primjene.

Osim bioloških, istraživači su također htjeli doznati može li tehnologija podržati pohranu podataka temeljenu na DNK. Koristeći 64 sintetizirane sekvence DNK, tim je kodirao tekstualnu poruku od 169 bajtova, demonstrirajući potencijal platforme za pohranu digitalnih informacija u molekulama DNK.

Tim je također pokušao povećati gustoću mjesta sinteze na čipu. Iako su ti eksperimenti propali, otkrili su kako je glavno ograničenje kemijske prirode, a ne uz elektroničku arhitekturu čipa. Studija je objavljena u časopisu Nature Electronics.