Исследователи из университета Дьюка и университета штата Аризона разработали программу, которая превращает рисунки или цифровые модели округлых форм в трехмерные структуры, состоящие из ДНК. Каждый крошечный полый объект не превышает миллионных долей см в поперечнике. Технология пригодится, чтобы создавать крошечные контейнеры для доставки лекарств или формы для отливки металлических наночастиц для солнечных элементов и медицинских приборов.
В генетическом коде есть четыре «буквы», или азотистых основания (аденин, гуанин, тимин и цитозин), которые предсказуемым образом соединяются в наших клетках и формируют последовательность ДНК. Исследователи использовали особенности связей между элементами этого «алфавита», чтобы «запрограммировать» нити так, чтобы они складывались в разные формы.
Результаты моделирования (сверху) и готовые изделия под микроскопом (снизу). Изображение: Arizona State University
В результате моделирования компьютер подбирает, как преобразовать рисунок пользователя в последовательность из одного или нескольких фрагментов одноцепочечной ДНК. Она может достигать тысячи оснований и формируется с помощью нескольких сотен коротких нитей ДНК, которые связываются с комплементарными последовательностями на длинных цепях и соединяются при «производстве».
Например, если предложить компьютеру рисунок объекта, напоминающего гриб, то программа формирует список цепочек ДНК, которые должны самостоятельно собраться в правильную конфигурацию. Дальше достаточно синтезировать нити с правильной последовательностью, поместить их в одну пробирку и все остальное произойдет само собой. При нагревании и охлаждении смеси ДНК всего за 12 часов она сворачивается в готовые изделия, объясняют авторы.
Процесс моделирования и сборки молекул. Изображение: Daniel Fu et al., Science Advances
Исследователи экспериментируют с ДНК в качестве строительного материала с 1980-х годов. Первыми трехмерными фигурами были простые кубы, пирамиды, футбольные мячи — геометрические фигуры с грубыми и блочными поверхностями. Но проектирование структур с изогнутыми поверхностями, более похожими на те, что встречаются в природе, было сложной задачей, объясняют ученые. Для этого часто требуется перебрать множество вариантов, чтобы добиться нужной формы. Программа с открытым исходным кодом, представленная генетиками, решает эту задачу.
