Международный день ДНК. Как создать биокомпьютер?

Дезоксирибонуклеиновая кислота, или ДНК, несёт в себе генетическую информацию, которой пользуется всё живое. Двойная спираль молекулы ДНК состоит из двух цепочек, каждая из которых содержит наборы компонентов четырёх типов: аденин, гуанин, тимин и цитозин. Хранящие все наши тайны гены представляют собой последовательность этих «строительных блоков», набранных в различном порядке.

Традиционно исследователи экспериментировали с генами, собирая различные последовательности. Но недавно они придумали новый способ, складывая ДНК не в привычную спираль, а в различные формы, словно японское оригами. Что из этого получилось?

Нанотермометр

Электронные устройства размером в несколько нанометров открывают перед нами невиданные возможности. Нано-объекты трудно построить, но ещё труднее обнаружить в них дефекты.

Учёные из Университета Монреаля использовали ДНК для создания сверхчувствительных нанотермометров. С их помощью можно найти крохотные горячие точки в тех местах наноустройств, где скрывается неисправность. Эти же термометры могут быть использованы для контроля температуры внутри живых клеток.

Изобретение основано на петлях ДНК, которые работают как переключатели, складываясь и раскрываясь в ответ на изменение температуры. В настоящее время исследователи пытаются создать вариант нанотермометра, который сможет работать внутри тела человека.

Биологические нанороботы

В Гарвардской медицинской школе, используя ДНК, спроектировали и построили наноразмерный робот, доставляющий необходимые лекарства заданным клеткам. Он действует как кошелёк, раскрываясь при обнаружении на поверхности клетки комбинации специфических белков.

Исследования показали, что, не затрагивая здоровые клетки крови, такие роботы способны убить половину раковых.

Биокомпьютеры в животных

Так как структуры ДНК способны действовать как переключатели, переходя из одного устойчивого состояния в другое, их можно использовать для выполнения логических операций, на которых основаны все компьютерные вычисления.

Исследователи из Гарварда и израильского Университета им. Бар-Илана использовали этот принцип для создания наноразмерных роботов, которые реагируют на различные сигналы и производят их.

Затем учёные имплантировали нанороботов в живого таракана и получили новый тип биологического компьютера, который может быть использован внутри организма для контроля доставки терапевтических молекул.

Сейчас исследователи заняты поиском способов применения своих разработок в организме человека.

Светособирающие антенны

С помощью фотосинтеза растения преобразуют свет в химическую энергию. Мы пользуемся ею, сжигая топливо и питаясь растительной пищей.

Исследователи из Университета Аризоны и Университета Британской Колумбии построили структуру ДНК, которая способна захватывать и передавать энергию света, имитируя природные процессы.

Фотосинтез возможен благодаря крошечным антеннам, которые состоят из пигмента, способного поглощать видимый свет. Искусственная структура действует подобным образом, управляя положением молекул красителя. Последние поглощают световую энергию, а ДНК направляет их в реакционный центр для дальнейших преобразований.

Эта работа может послужить основой для создания новых эффективных устройств солнечной энергетики.

Что еще почитать по теме?

Геном человека: для чего ученые его исследуют?
ДНК-анализ. Можно ли узнать свою историю?
Что могут принести нанотехнологии человечеству?