HOME

Rámcový program
HORIZONT EURÓPA

Prelomový objav Viedenskej univerzity – DNA umožní 16-milónov farieb     

Aktualita

Obr. 1: Originálny digitálny obrázok (v štandardnej 24-bitovej farebnej hĺbke). C: Cblee, Trey Ratcliff, stewartbaird a NOAA Ocean Exploration & Research. Zdroj: https://medienportal.univie.ac.at

Univerzita vo Viedni (Universität Wien) uverejnila 17. októbra 2023 tlačovú správu v ktorej sa uvádza, že vedeckému tímu Univerzity vo Viedni sa pod vedením Dr. Jory Lietard, podarilo  digitálne vyrobiť prostredníctvom DNA, neuveriteľných 16-miliónov druhov rôznych druhov farieb.

„DNA-Doppelhelix“ pozostáva z dvoch molekúl DNA, ktorých sekvencie sú navzájom komplementárne. Stabilita tejto štruktúry môže byť doladená v laboratóriu riadením počtu a polohy sekvencií, ktoré nie sú plne komplementárne. Fluorescenčné markery naviazané na jeden z reťazcov DNA odhaľujú stabilitu „duplexu“, pričom stabilnejšie štruktúry majú vyššiu intenzitu fluorescencie. Vedcom z Univerzity vo Viedni sa teraz podarilo vyrobiť fluorescenčné duplexy, ktoré dokážu vyprodukovať ktorúkoľvek zo 16-miliónov farieb, čo je ďaleko presahuje predchádzajúce obmedzenie počtu 256 farieb. Takúto bohatú farebnú paletu možno použiť na „maľovanie“ a presnú reprodukciu digitálneho obrazu na miniatúrnom 2D povrchu s 24-bitovou farebnou hĺbkou. Tento výskum bol publikovaný v časopise Journal of the American Chemical Society“.

Jedinečná schopnosť komplementárnych sekvencií DNA, rozpoznať sa navzájom a zostaviť ako „duplexy“, je biochemickým mechanizmom na to, ako sa jednotlivé gény čítajú a kopírujú. Pravidlá tvorby „duplexov“ (nazývané aj hybridizácia) sú jednoduché a nemenné, vďaka čomu sú predvídateľné a tiež programovateľné.

Programovanie hybridizácie DNA umožňuje zostaviť syntetické gény a vybudovať nanoštruktúry vo veľkom meradle. Tento proces  si vždy vyžaduje dokonalú sekvenčnú komplementaritu. Nestabilita programovania výrazne rozširuje možnosti manipulácie molekulárnych štruktúr a nachádza svoje uplatnenie aj v oblasti DNA a RNA terapeutík.

V tejto novej štúdii výskumníci z „Ústavu anorganickej chémie“ na Univerzite vo Viedni ukázali, že kontrolovaná hybridizácia môže produkovať až 16-miliónov farieb a že akýkoľvek digitálny obraz môže byť presne reprodukovaný vo formáte DNA.

Plátno veľkosti nechtov

Na vytvorenie farieb sa hybridizujú rôzne krátke reťazce DNA, ktoré sú vybavené fluorescenčnými molekulami (markermi) s dlhým komplementárnym reťazcom DNA na povrchu. Použité fixky môžu svietiť buď červenou, zelenou alebo modrou farbou. Na zmenu intenzity jednotlivých farieb je stabilita duplexu znížená na vopred určených pozíciách pozdĺž sekvencie, selektívnym odstránením báz z reťazca DNA. Nižšia stabilita zapríčiňuje tmavší farebný tón a jemné doladenie tejto stability umožňuje až 256 tónov na jednom farebnom kanáli. V rámci duplexu DNA možno všetky odtiene miešať a spájať, čím sa vytvorí až 16-miliónov kombinácií a dosiahne sa farebná komplexnosť moderných digitálnych obrázkov. Na dosiahnutie tejto úrovne presnosti pri prenose DNA do farby bolo potrebné syntetizovať viac ako 45 000 rôznych sekvencií DNA.

Na tento účel použil výskumný tím metódu paralelnej syntézy DNA nazývanú „maskless array synthesis (MAS).“ To umožňuje vytvárať státisíce jedinečných sekvencií DNA súčasne a na rovnakom povrchu, v obdĺžniku veľkosti nechtu. Pretože tento prístup umožňuje kontrolovať polohu každej sekvencie DNA na tomto povrchu, príslušná farba môže byť tiež špecificky priradená k vybranej polohe. Automatizáciou procesu, pomocou špeciálnych počítačových skriptov, boli autori štúdie schopní premeniť akýkoľvek digitálny obrázok na DNA fotokópiu s presnou reprodukciou farieb.

Ako uviedla Dr. Jory Lietard, vedúca výskumného tímu z Ústavu anorganickej chémie na Univerzite vo Viedni: „Náš povrch sa v podstate stáva plátnom, na ktoré môžeme „maľovať‘ molekulami DNA v mikrometrovej mierke.“

Tadija Kekić, doktorandka vo výskumnom tíme Jory Lietard ďalej dodala: „Rozlíšenie je v súčasnosti obmedzené na XGA, ale proces reprodukcie je použiteľný pre rozlíšenie obrazu 1080p a možno aj 4K. Okrem zobrazovania môže byť farebný kód DNA užitočný aj v oblasti ukladania údajov v DNA.“

Nobelova cena, ktorá bola udelená v roku 2023 za vývoj kvantových bodiek naznačuje, že chémia farieb má pred sebou veľkú budúcnosť.

Viac informácií:

T. Kekić, J. Lietard: A Canvas of Spatially Arranged DNA Strands that Can Produce 24-bit Color Depth. Journal of the American Chemical Society. Publiziert online 4. Oktober, 2023.
DOI: 10.1021/jacs.3c06500

Zdroj: https://medienportal.univie.ac.at, zverejnené: 23. 11. 2023; spracovala: Dr. Blanka Hermanová; rpa