Kiselchip skriver DNA med hjälp av el och vatten

Att tillverka konstgjort DNA är i dag en central del av modern bioteknik. DNA-sekvenser behövs för allt från medicinsk forskning och vaccinutveckling till gentester och nya former av datalagring. Problemet är att den vanligaste tillverkningsmetoden vilar på starka kemikalier och organiska lösningsmedel, vilket gör processen både kostsam och miljömässigt problematisk.

En forskargrupp vid Harvard har nu presenterat en helt annan väg framåt. I stället för att bygga upp DNA-strängar med aggressiva kemikalier har de använt ett kiselchip, samma slags material som finns i vanliga datorchip, som plattform för själva skrivandet. På chipets yta styr forskarna processen med hjälp av elektricitet.

Enzymer i vatten i stället för kemikalier

Det centrala i genombrottet är att reaktionerna sker i en vattenbaserad miljö med hjälp av enzymer. Enzymer är naturens egna verktyg för att bygga och bearbeta biologiska molekyler, och de fungerar i vatten under milda förhållanden. Genom att kombinera dem med den elektriska styrningen på chipet kan forskarna bestämma exakt var och när DNA ska byggas ut.

En av de största fördelarna är att metoden kan skriva flera olika sekvenser samtidigt. På samma lilla chip kan alltså dussintals DNA-sekvenser produceras parallellt, var och en styrd oberoende av de andra. Det öppnar för snabbare och mer flexibel tillverkning än dagens metoder klarar.

Renare och potentiellt bärbart

Eftersom processen bygger på vatten och elektricitet i stället för organiska lösningsmedel beskrivs den som ett betydligt renare alternativ. Det minskar behovet av farliga kemikalier och kan på sikt sänka både miljöbelastning och kostnad.

Forskarna pekar också på att tekniken i framtiden skulle kunna krympas ned till bärbara enheter. I dag kräver DNA-syntes ofta specialiserade laboratorier, men en chipbaserad lösning skulle i teorin kunna göra det möjligt att skriva DNA på plats, till exempel i fält eller på mindre laboratorier.

DNA som datalagring

Ett särskilt spännande användningsområde är datalagring. DNA är en extremt kompakt informationsbärare, och forskare världen över har länge intresserat sig för möjligheten att lagra digital information i DNA-molekyler. Om tekniken går att skala upp skulle chip av det här slaget kunna bidra till mycket storskalig DNA-datalagring, där enorma mängder information ryms på en försvinnande liten yta.

Nästa steg kräver ny kemi

Samtidigt är forskarna tydliga med att tekniken ännu inte är färdig för storskalig användning. För att kunna skriva längre sekvenser och tillverka DNA i riktigt stor skala krävs vidareutveckling, inte minst ny kemi som gör processen ännu effektivare.

Genombrottet visar ändå hur gränsen mellan elektronik och biologi håller på att suddas ut. Genom att låta ett kiselchip fungera som en DNA-skrivare kombineras datorvärldens precision med biologins verktyg, något som kan få stor betydelse för både forskning och framtida teknik.