Искусственные ДНК применяются сегодня во многих областях: для разработки новых лекарств и методов генной терапии, для химической промышленности, даже для хранения информации. Все эти цели требуют. чтобы в процессе синтеза точно воспроизводилась желаемая цепочка нуклеотидов в каждой из миллиона или даже миллиарда копий молекул ДНК.
Нынешняя методика синтезирования ДНК была изобретена в 1981 году, напоминает Phys.org. Длина цепочки нуклеотидов, которую можно создать с ее помощью, ограничена 200 основаниями. После этого вероятность ошибки серьезно увеличивается. Таким образом, чтобы создать даже небольшой ген, ученым приходится «сшивать» его по частям из кусочков по 200 оснований. Это усложняет технологию и всегда отнимает много времени.
Кроме того, в процессе химического синтеза используются токсичные вещества и повторяющиеся циклы обработки растворами на основе керосина.
Необходимость утилизации ядовитых отходов, а также чрезвычайная требовательность к условиям окружающей среды заставили лаборатории отказаться от самостоятельного производства искусственных ДНК и перепоручить это специальным компаниям.
Новая технология избавлена от этих недостатков, утверждают ее авторы. Она основана на синтезирующих ДНК ферментах — так называемых концевых дезоксинуклеотидилтрансферазах (TdT), которые обладают природной способностью добавлять нуклеотиды к имеющимся молекулам ДНК в воде, где дезоксирибонуклеиновая кислота наиболее стабильна.
Основная роль TdT в организме — увеличивать разнообразие антител. Фермент работает в незрелых клетках крови, формируя миллионы генетических вариаций. Стратегия напоминает естественный отбор: иммунная система выбирает среди тысяч вариантов наиболее перспективные клетки и позволяет им размножаться. Так формируется «армия», способная противостоять инфекции. Однако у TdT есть один большой недостаток: она добавляет новые нуклеотиды к ДНК случайным образом.
Исследователи много лет пытаются заставить фермент добавлять по одному нуклеотиду за раз и останавливаться, прежде чем приступить к следующему. Однако все их попытки, в том числе применение искусственного «стоп-сигнала», заканчивались неудачей.
Биологи из Национальной лаборатория имени Лоуренса в Беркли применили иной подход. Они поместили различные нуклеотиды, связанные с TdT, в четыре разные емкости. Чтобы добавить новую «букву» к растущей цепочке ДНК, ее опускали в соответствующую емкость. Поскольку фермент был соединен с нуклеотидом, он блокировал наращивание других нуклеотидов. Затем цепочку вынимали, очищали от ТДТ и повторяли процесс с новой «буквой».
Эксперимент показал, что «ванночки с TdT» равно хорошо работают со всеми четырьмя нуклеотидами, не порождают побочных реакций, способных испортить конечный продукт, и действуют очень быстро — ДНК длиной в 200 оснований готова за минуту. В дополнение к этому метод обладает повышенной точностью, допускающей создание цепочек до 2000 оснований длиной — размером со средний ген.
По словам ученых, такая простота производства позволит создать универсальные «ДНК-принтеры» для лабораторий. С их помощью экспериментаторы смогут без задержек проверять свои идеи и быстрее разрабатывать новые биотехнологии.
Метод быстрого редактирования сотен генов за раз изобрели специалисты Гарвардского университета. С его помощью они собираются повысить скорость медлительной технологии CRISPR.
