ДНК-компьютер для борьбы с вирусом Западного Нила и другими опасными заболеваниями
Исследователи разработали ДНК-вычислительное устройство, которое может привести к созданию более быстрых и точных тестов для диагностики вируса Западного Нила и птичьего гриппа. Это первая «среднемасштабная интегральная молекулярная схема» и на сегодняшний день самое мощное вычислительное устройство такого типа.
По мнению учёных из Медицинского центра Колумбийского университета (Нью-Йорк) и Университета Нью-Мексико (Альбукерке), эта технология может быть использована в будущем, возможно, через 5–10 лет, для создания инструментов, способных одновременно диагностировать и лечить рак, диабет или другие заболевания. Их исследование должно появиться в ноябрьском номере журнала Nano Letters Американского химического общества.
«Это большой шаг в ДНК-вычислениях», — говорит вирусолог Джоан Макдональд, доктор философии, руководившая исследовательской группой, разработавшей MAYA-II («Молекулярный массив логических элементов И и ИЛИ») — «компьютер», чьи схемы состоят из ДНК, а не из кремния. Она сравнивает значимость этого достижения с разработкой первых кремниевых микросхем. «Исследование показывает, что крупномасштабные ДНК-компьютеры возможны».
«Эти ДНК-компьютеры не будут конкурировать с кремниевыми по скорости, но их преимущество в том, что они могут работать в жидкостях, таких как образец крови или внутри организма, и принимать решения на уровне отдельной клетки», — говорит исследователь, чья работа финансируется Национальным научным фондом США.
Макдональд в настоящее время использует эту технологию для улучшения диагностики вируса Западного Нила, создавая устройство для быстрого и точного различения различных штаммов вируса, и надеется использовать аналогичные методы для обнаружения новых штаммов птичьего гриппа. В будущем, по её мнению, ДНК-компьютеры теоретически можно будет имплантировать в организм для диагностики и уничтожения раковых клеток или для мониторинга и лечения диабета, высвобождая инсулин по мере необходимости.
В серии лабораторных демонстраций за двухлетний период Макдональд и её коллеги продемонстрировали потенциал компьютера, заставив MAYA-II сыграть полную партию в «крестики-нолики» против человека, выиграв каждый раз, за исключением редких случаев ничьей.
MAYA-II состоит из более чем 100 ДНК-схем, что в четыре раза больше, чем у его предшественника MAYA-I, разработанного той же группой три года назад. Экспериментальное устройство представляет собой девять лунок для культивирования клеток, расположенных в виде сетки для игры. Каждая лунка содержит раствор ДНК-материала, помеченного «красным» или «зелёным» флуоресцентным красителем.
Компьютер всегда делает первый ход, активируя центральную лунку. Человек-игрок делает «ход», добавляя последовательность ДНК, соответствующую его ходу, в одну из восьми оставшихся лунок. Выбранная лунка отвечает зелёным свечением, указывая на соответствие введённой ДНК. Этот ход также запускает стратегический ответный ход компьютера в одной из оставшихся лунок, которая светится красным. Игра продолжается до тех пор, пока компьютер, как и запрограммировано, в конечном итоге не выигрывает. Каждый ход занимает около 30 минут.
Источник: Американское химическое общество