Разработка может существенно снизить стоимость производства синтетической ДНК и сделать этот процесс более экологичным, что особенно важно для генной инженерии, биомедицины, разработки лекарств и исследований онкологических заболеваний.
От токсичной химии к биологическим процессам
Сегодня большая часть синтетической ДНК производится с использованием фосфорамидитной химии — технологии, которая десятилетиями остается отраслевым стандартом. Несмотря на высокую эффективность, этот метод требует применения агрессивных органических растворителей и сложного специализированного оборудования.
В качестве альтернативы ученые активно развивают ферментативный синтез, который проходит в водной среде и во многом повторяет естественные механизмы работы живых клеток. Однако главным препятствием долгое время оставалась низкая производительность: одновременно удавалось получать лишь ограниченное число последовательностей.
Новая разработка демонстрирует, что ферментативный подход можно масштабировать без потери точности.
Как работает ДНК-чип
На поверхности устройства размещены 64 независимые зоны синтеза, каждая из которых оснащена собственной парой микроскопических кольцевых электродов.
Когда на внутренний электрод подается электрический сигнал, в локальной области изменяется кислотность среды. Это запускает один из ключевых этапов синтеза — удаление временной защитной группы с растущей цепочки ДНК, после чего к ней может присоединиться следующий нуклеотид.
Внешний электрод выполняет роль своеобразного барьера, удерживая протоны внутри рабочей области и предотвращая влияние на соседние участки. Благодаря такому подходу каждая зона функционирует независимо, позволяя одновременно создавать десятки различных последовательностей без перекрестного загрязнения.
В ходе экспериментов исследователи получили 64 уникальные цепочки длиной до 39 нуклеотидов, что стало новым рекордом для ферментативного синтеза ДНК.
Технология родилась из нейроэлектроники
Любопытно, что изначально чип создавался вовсе не для биотехнологий.
Первоначальная задача заключалась в разработке высокоточной электронной платформы для регистрации активности нейронов. Однако в процессе работы ученые обнаружили, что система управления микротоками способна не только взаимодействовать с нервными клетками, но и чрезвычайно точно контролировать химические параметры среды.
Фактически исследователям потребовалось лишь изменить назначение электродов, превратив нейроинтерфейс в платформу для программируемого синтеза молекул ДНК.
От генетики к хранению данных
Для демонстрации возможностей технологии команда использовала полученные последовательности ДНК для кодирования цифровой информации. С помощью 64 синтезированных цепочек удалось записать текст объемом 169 байт.
Хотя до практических систем хранения данных на основе ДНК еще далеко, эксперимент подтверждает перспективность такого подхода. ДНК обладает уникальной плотностью записи информации и может хранить данные тысячелетиями без существенной деградации.
По мере увеличения масштабов производства ферментативный синтез может стать важным элементом будущих молекулярных систем хранения данных.
Что мешает масштабированию
Исследование показало, что главным ограничением дальнейшего увеличения числа синтезируемых последовательностей является уже не электроника, а химия процесса.
Тесты подтвердили, что электрическая система способна точно локализовать области с необходимым уровнем кислотности даже при более плотном размещении зон синтеза. Однако некоторые промежуточные химические соединения, возникающие в ходе реакции, могут мигрировать между соседними участками и нарушать независимость процессов.
Поэтому следующим этапом развития технологии станет разработка новых реакций и реагентов, которые позволят устранить химические помехи и увеличить количество одновременно синтезируемых цепочек на порядок и более.
Шаг к персонализированной биологии
Созданный гарвардскими исследователями чип демонстрирует возможность объединения микроэлектроники и биотехнологий в единую программируемую платформу. В перспективе такие устройства могут превратиться в компактные «фабрики ДНК на кристалле», способные быстро производить генетические конструкции для научных исследований, диагностики, разработки лекарств и персонализированной медицины.
Если технология продолжит масштабироваться, производство синтетической ДНК может стать таким же доступным и автоматизированным процессом, каким сегодня является производство микросхем.
Источник: https://hightech.plus/2026/07/12/uchenie-prevratili-kremnievii-chip-v-kroshechnuyu-fabriku-po-sintez...Если вам понравился материал, кликните значок — вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал —не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
