Міжнародний день ДНК. Як створити біокомп'ютер?

Міжнародний день ДНК. Як створити біокомп'ютер?

ДНК — найдивовижніша молекула в природі. У мікроскопічному "конверті" вона зберігає набір інструкцій для "складання" практично будь-яких мешканців нашої планети. Але учені шукають способи застосування ДНК не лише для зберігання даних, але і для створення фізичних компонентів біологічних машин.

Дезоксирибонуклеїнова кислота, або ДНК, несе в собі генетичну інформацію, якою користується усе живе. Подвійна спіраль молекули ДНК складається з двох ланцюжків, кожна з яких містить набори компонентів чотирьох типів: аденин, гуанин, тимін і цитозин. Що зберігають усі наші таємниці гени є послідовністю цих "будівельних блоків", набраних в різному порядку.

Традиційно дослідники експериментували з генами, збираючи різні послідовності. Але нещодавно вони придумали новий спосіб, складаючи ДНК не в звичну спіраль, а в різні форми, немов японське орігамі. Що з цього вийшло?

Нанотермометр

Електронні пристрої розміром в декілька нанометрів відкривають перед нами небачені можливості. Нанооб'єкти важко побудувати, але ще важче виявити в них дефекти.

Учені з Університету Монреаля використали ДНК для створення надчутливих нанотермометрів. З їх допомогою можна знайти крихітні гарячі точки в тих місцях нанопристроїв, де ховається несправність. Ці ж термометри можуть бути використані для контролю температури усередині живих клітин.


Винахід заснований на петлях ДНК, яка працює як перемикачі, складаючись і розкриваючись у відповідь на зміну температури. Нині дослідники намагаються створити варіант нанотермометра, який зможе працювати усередині тіла людини.

Біологічні нанороботи

У Гарвардській медичній школі, використовуючи ДНК, спроектували і побудували нанорозмірний робот, що доставляє необхідні ліки заданим клітинам. Він діє як гаманець, розкриваючись при виявленні на поверхні клітини комбінації специфічних білків.

Дослідження показали, що, не зачіпаючи здорові клітини крові, такі роботи здатні убити половину ракових.

Біокомп'ютери в тваринах

Оскільки структури ДНК здатні діяти як перемикачі, переходячи з одного стійкого стану в інший, їх можна використати для виконання логічних операцій, на яких засновані усі комп'ютерні обчислення.

Дослідники з Гарварду і ізраїльського Університету ім. Бар-Илана використали цей принцип для створення нанорозмірних роботів, які реагують на різні сигнали і роблять їх.

Потім учені імплантували нанороботів в живого таргана і отримали новий тип біологічного комп'ютера, який може бути використаний усередині організму для контролю доставки терапевтичних молекул.

Зараз дослідники зайняті пошуком способів застосування своїх розробок в організмі людини.


Светособирающие антени

За допомогою фотосинтезу рослини перетворять світло в хімічну енергію. Ми користуємося нею, спалюючи паливо і живлячись рослинною їжею.

Дослідники з Університету Арізони і Університету Британської Колумбії побудували структуру ДНК, яка здатна захоплювати і передавати енергію світла, імітуючи природні процеси.

Фотосинтез можливий завдяки крихітним антенам, які складаються з пігменту, здатного поглинати видиме світло. Штучна структура діє так само, управляючи положенням молекул барвника. Останні поглинають світлову енергію, а ДНК направляє їх в реакційний центр для подальших перетворень.

Ця робота може послужити основою для створення нових ефективних облаштувань сонячної енергетики.