Новый метод синтеза ДНК обещает быструю и точную «печать» ДНК
Ученые из Калифорнийского университета в Беркли и Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли изобрели новый способ синтеза ДНК, который обещает быть проще, быстрее, не требует токсичных химикатов и потенциально более точен.
С большей точностью метод позволит получать цепи ДНК в 10 раз длиннее, чем при использовании современных методов.
Исследователи считают, что простота использования может привести к повсеместному распространению «ДНК-принтеров» в научных лабораториях, подобно 3D-принтерам.
Устаревший 40-летний процесс
Современный химический синтез ДНК, датируемый 1981 годом, ограничен созданием олигонуклеотидов длиной около 200 пар оснований из-за накопления ошибок. Для сборки даже небольшого гена его приходится синтезировать по частям, а затем «сшивать». Это требует времени, часто требует нескольких попыток и иногда полностью проваливается.
При заказе у компаний, таких как Twist Biosciences Inc. и Integrated DNA Technologies (IDT), срок изготовления одного небольшого гена длиной около 1500 пар оснований может составлять две недели по цене $300.
Химический синтез также требует использования токсичного типа активированных строительных блоков ДНК и многократных циклов промывки нефтепроизводными растворителями.
Использование иммунной системы
Новая методика основана на ферменте иммунной системы — терминальной дезоксинуклеотидилтрансферазе (TdT). Этот фермент естественным образом способен добавлять нуклеотиды к существующей молекуле ДНК в воде, где ДНК наиболее стабильна.
Предыдущие попытки контролировать TdT заключались в использовании модифицированных нуклеотидов с блокирующей группой. Однако активный сайт TdT слишком тесен, чтобы вместить такую группу.
Идея исследователей заключалась в том, чтобы прочно привязать незаблокированный нуклеотид к самому ферменту TdT. После того как нуклеотид добавлен к растущей цепи ДНК, фермент остается прикрепленным и сам защищает конец цепи от дальнейших добавлений. Затем линкерная связь разрывается, чтобы высвободить фермент и снова открыть конец для следующего цикла.
Первые результаты и перспективы
В первых испытаниях (10 циклов для создания 10-основного олигонуклеотида) точность каждого шага синтеза составила около 98%, а 80% молекул имели желаемую последовательность.
Цель — достичь точности 99,9% для каждого шага. Это позволит синтезировать молекулу длиной 1000 пар оснований за один подход с выходом более 35%, что совершенно невозможно при современных химических методах.
«Наша мечта — напрямую синтезировать последовательности длиной в ген и доставлять их исследователям в течение нескольких дней», — говорит Себастьян Паллук.
Метод может ускорить разработку новых методов лечения, упростить производство лекарств и помочь в создании более устойчивых процессов для производства товаров, необходимых в мире.