DNA üretimini hızlandıracak çip geliştirildi: Aynı anda 64 DNA dizisi sentezliyor

Harvard Üniversitesi araştırmacıları, aynı anda 64 farklı DNA dizisi sentezleyebilen yarı iletken tabanlı yeni bir çip geliştirdi. Su bazlı enzimatik işlemle çalışan teknoloji, biyoteknoloji araştırmalarından DNA tabanlı veri depolamaya kadar birçok alanda daha ölçeklenebilir ve çevre dostu üretim hedefliyor.

Sentetik DNA üretimi, teşhis teknolojilerinden genom mühendisliğine, kanser araştırmalarından veri depolamaya kadar modern biyoteknolojinin en kritik alanlarından biri haline geldi. Ancak bugün yaygın olarak kullanılan fosforamidit kimyasına dayalı yöntemler, çözücü ağırlıklı yapısı ve maliyeti nedeniyle endüstriyel ölçekte yeni alternatif arayışlarını hızlandırıyor. Harvard Üniversitesi araştırmacıları, bu alanda kimyasal süreçlere bağımlılığı azaltabilecek yarı iletken tabanlı bir çip geliştirdi. Yeni sistem, su bazlı enzimatik DNA sentezini elektriksel kontrolle birleştirerek aynı anda 64 farklı DNA dizisini üretebiliyor. Enzimatik DNA sentezi daha çevre dostu bir yöntem olarak görülse de bugüne kadar paralel üretim kapasitesi sınırlı kalıyordu. Harvard ekibinin geliştirdiği mimari, her biri 39 nükleotide kadar uzunlukta olan 64 diziyi eş zamanlı sentezleyerek bu sınırlamanın aşılabileceğini gösterdi.DNA SENTEZİNDE ELEKTRİKSEL KONTROLYeni çipin çalışma prensibi, DNA sentezinin çip yüzeyindeki belirli bölgelerde elektrik akımıyla yönlendirilmesine dayanıyor. Çip üzerinde, merkezde sabitlenmiş DNA ipliklerini çevreleyen iki eş merkezli halka elektrottan oluşan 64 ayrı sentez bölgesi bulunuyor. Sistemde iç elektrot devreye girerek DNA ipliğinin çevresindeki pH seviyesini düşüren protonlar üretiyor. Böylece enzimatik büyüme için gerekli asidik ortam oluşturuluyor. Dış elektrot ise yayılan protonları tüketerek reaksiyonun komşu sentez bölgelerine taşmasını engelliyor. Harvard Üniversitesi Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Profesörü Donhee Ham, teknolojinin çıkış noktasının sinirbilim uygulamaları için geliştirilen bir platform olduğunu belirtti. Ham, hücre içi erişim için kullanılan hassas akım enjeksiyonunun moleküllere yönlendirilip yönlendirilemeyeceğini sorguladıklarını; nöronlara bakan elektrotları, DNA sentezi için pH’ı yerelleştiren halka elektrot çiftleriyle değiştirdiklerinde sistemin çalıştığını ifade etti.KİMYASAL SÜREÇLERE ALTERNATİFGeleneksel DNA üretiminde kullanılan fosforamidit kimyası, uzun süredir sektörün temel yöntemi olarak kullanılıyor. Ancak bu yöntem, toksik çözücüler ve karmaşık kimyasal işlemler nedeniyle hem çevresel hem de operasyonel maliyetler yaratıyor. Harvard’ın geliştirdiği çip, DNA sentezini su bazlı enzimatik bir işlemle gerçekleştirdiği için daha temiz ve ölçeklenebilir bir üretim modeli sunmayı amaçlıyor. Elektriksel kontrol sayesinde aynı çip üzerinde çok sayıda dizinin paralel üretilmesi, özellikle yüksek hacimli biyoteknoloji uygulamaları için önemli bir eşik olarak değerlendiriliyor. Araştırmacılara göre bu yaklaşım, genom mühendisliği, moleküler tanı, kanser araştırmaları ve sentetik biyoloji alanlarında ihtiyaç duyulan DNA dizilerinin daha hızlı ve daha esnek biçimde üretilmesine imkan verebilir.DNA TABANLI VERİ DEPOLAMA İÇİN TEST EDİLDİTeknolojinin dikkat çeken kullanım alanlarından biri de DNA tabanlı veri depolama oldu. Küresel veri merkezlerinin artan enerji ve alan ihtiyacı, dijital bilgilerin DNA molekülleri içinde saklanması fikrini teknoloji şirketlerinin uzun vadeli araştırma başlıklarından biri haline getirdi. Harvard ekibi, sentezlenen 64 DNA dizisini kullanarak 169 baytlık bir metin mesajını DNA’ya kodlamayı başardı. Bu deneme, platformun yalnızca biyoteknoloji araştırmaları için değil, veri depolama uygulamaları için de kullanılabileceğini gösterdi. Çalışmanın eş yazarlarından Woo-Bin Jung, DNA veri depolama alanının bugünkü ihtiyaçların çok ötesinde bir DNA sentez kapasitesi gerektirdiğini belirtti. Jung, su içinde enzimatik sentezin bu nedenle kritik olduğunu, gelecekte 64’ten çok daha fazla dizinin paralel biçimde sentezlenmesi halinde büyük ölçekte DNA yazımı için çevre dostu ve düşük maliyetli bir yol açılabileceğini ifade etti.SINIRLAMA ÇİPTE DEĞİL KİMYADAAraştırmacılar, çip üzerindeki sentez bölgelerinin yoğunluğunu artırmaya yönelik testler de yaptı. Elde edilen bulgular, mevcut sınırlamanın yarı iletken mimariden değil, DNA sentezinde kullanılan kimyasal süreçlerden kaynaklandığını gösterdi. Çalışmanın diğer eş yazarlarından Han Sae Jung, çipin elektronik mimarisinin görevini yerine getirdiğini belirterek, sınırlamanın silikondan değil, deproteksiyon olarak bilinen koruyucu grupları kaldırma kimyasından kaynaklandığını söyledi. Harvard ekibinin geliştirdiği yarı iletken çip, DNA sentezinde paralel üretim kapasitesini artırmaya yönelik yeni bir teknik yol sunuyor. Kimyasal kısıtların aşılması halinde bu mimarinin, hem biyoteknoloji araştırmalarında hem de DNA tabanlı veri depolama çalışmalarında daha geniş ölçekli uygulamalara zemin hazırlaması bekleniyor.