Komputer DNA, który wykrywa wirusy w ślinie. Nowe urządzenie zachwyca wydajnością

Komputery DNA, zwane również biokomputerami, wykonują obliczenia za sprawą reakcji chemicznych zachodzących między cząsteczkami DNA. Jedno z takich urządzeń cechuje się około 100-krotnie wyższą mocą obliczeniową od pozostałych.

W porównaniu z komputerami opartymi na krzemie, biokomputery zajmują mniej miejsca i dobrze radzą sobie w wilgotnych środowiskach. Jeśli chodzi o ich potencjalne zastosowania, to w grę wchodzi między innymi identyfikacja wirusów, wykrywanie zanieczyszczeń w wodzie pitnej czy też monitorowanie poziomu cukru w organizmie.

Czytaj też: Szykuje się rewolucja w medycynie. Jeden test umożliwia wykrycie ponad 50 chorób genetycznych

Tym razem, jak sugeruje artykuł dostępny na łamach Nature Nanotechnology, naukowcy stworzyli komputery ze szklanych mikrokulek pokrytych DNA. Owe mikrokulki toczą się bądź zatrzymują na powierzchni złotego chipa w zależności od tego, jak nici DNA oddziałują z cząsteczkami przyczepionymi do powierzchni chipa. Toczenie się jest równe wartości 1, natomiast zatrzymanie – 0. Do toczenia dochodzi, kiedy do chipa zostanie dodany enzym znany jako RNaseH.

Jak do tej pory do wyświetlania rezultatów w tego typu urządzeniach wykorzystywano etykiety fluorescencyjne zdolne do pokazywania zaledwie kilkudziesięciu wyników jednocześnie. Do ich odczytywania potrzeba też było zaawansowanych mikroskopów. Nowe urządzenie jest pod tym względem rewolucyjne: do śledzenia ruchu mikrokulek wystarczy kamera w smartfonie z podłączoną do niej lupą.

Komputery DNA potrzebują mniej miejsca od tych opartych na krzemie

Stukrotność to ostrożne oszacowanie tego, o ile więcej równoległego przetwarzania możemy wykonać za pomocą naszego komputera DNA w porównaniu z komputerami wykorzystującymi etykiety fluorescencyjne. […] To jest właśnie najwspanialsza rzecz. Informacje z operacji obliczeniowych DNA można przenieść do świata makroskopowego za pomocą zwykłego smartfona w ciągu zaledwie 15 minut.

wyjaśnia jedan z autorów, Khalid Salaita z Emory University

Czytaj też: Odkryto nowy system modyfikacji DNA. Wcześniej widziano go tylko u bakterii

Autorzy badań dodali do komputera kompleks umożliwiający kontrolowanie ruchu kulek poprzez obecność lub brak określonej cząsteczki DNA. Obecność cząsteczki DNA zatrzymuje kulkę, podczas gdy jej brak pozwala jej się toczyć. Takie podejście jest bardzo elastyczne i może być łatwo dostosowywane do wykrywania wybranego DNA. W grę wchodzi nawet w scenariusz, w którym biokomputery mogłyby równolegle wysyłać tysiące odczytów. Takie urządzenia mogłyby zapewniać szybki sposób na wykrywanie stężenia wirusów w ślinie. Kluczowe w dalszym rozwoju tej technologii będą jednak potrzebne prace nad znalezieniem sposobu uzupełnienia cząsteczek RNA na powierzchni chipa. Te ulegają bowiem stosunkowo szybkiej degradacji, co z kolei ogranicza żywotność komputerów DNA.