Подобно использованию Python или Java для написания исходного кода, у химиков появится вскоре возможность использовать структурированный набор инструкций, чтобы «программировать» взаимодействие молекул ДНК в пробирке или клетке. Команда во главе с учеными из Вашингтонского университета разработала язык программирования для химических веществ, который, как надеются исследователи, позволит упорядочить усилия по разработке сети, которая сможет управлять процессом протекания химических реакций в смесях. Таким же образом, как встроенные электронные контроллеры управляют автомобилями, роботами и другими устройствами. В медицине такие сети могут служить в качестве «умных» распределителей лекарств или определителей болезней на клеточном уровне.
Данное исследование опубликовано в онлайн журнале Nature Nanotechnology 29 сентября.
Химики и педагоги используют для описания химических реакций длинные уравнения. Ученые из Вашингтонского университета используют эти уравнения для написания программы, которая будет направлять движение отдельных молекул.Инженеры изобрели язык программирования для создания синтетической ДНК
«Мы исходим из абстрактных, математических описаний химической системы, а затем используем ДНК для создания молекул, которые понимают желаемую динамику, – сказал Георг Силиг (Georg Seelig), профессор Вашингтонского университета, ассистент профессора по электротехнике и компьютерным наукам. – Главное заключается в том, что наконец-то вы сможете использовать эту технологию для создания инструментов общего назначения».
В настоящее время, когда биолог или химик создает определенный тип молекулярной сети, технологический процесс является сложным, громоздким, и его трудно повторно использовать для создания других систем. Инженеры из Вашингтонского университета хотели создать структуру, которая даст ученым больше гибкости. Силиг сравнивает данный подход с языком программирования, который указывает компьютеру, что делать.
«Я думаю, что это изобретение является привлекательным, поскольку оно решает сразу несколько проблем, – сказал Силиг. – Если вы хотите расширить диапазон функций компьютера, вы просто его перепрограммируете. Наш проект очень похож на это: мы можем указать химическим веществам, что им делать».
У людей и других живых организмов уже есть внутри сложные сети из наноразмерных молекул, которые обеспечивают контроль за клетками и за всем телом. Сегодня ученые ищут способы разработки синтетических систем, которые будут вести себя, как биологические, с надеждой на то, что синтетические молекулы могут поддерживать естественные функции организма. Для этого необходима система для создания синтетических молекул ДНК, которые будут варьироваться в зависимости от их конкретных функций.
Новый подход ещё не готов к применению в медицинской сфере. Однако в будущем планируется использовать данный метод в медицине, чтобы создавать молекулы, которые будут самостоятельно собираться в клетках и служить в качестве «умных» датчиков. Они могут быть введены в клетки, а затем запрограммированы на обнаружение аномалий, а также реагировать по мере необходимости, например, путем доставки лекарств непосредственно в зараженные клетки.
Силиг вместе с коллегой Эриком Клавинсом (доцент кафедры электротехники Вашингтонского университета) недавно получили $ 2 млн от Национального научного фонда в рамках национальной инициативы, направленной на углубление исследований в области молекулярного программирования. По словам Силига, новый язык будет использоваться для поддержки этой инициативы.