В последнее время все больше и больше ученых обращают свое внимание на молекулы ДНК, как на узлы и составные части различных лекарственных препаратов, наноустройств, логических элементов биологических компьютеров, биологические устройства записи и хранения информации. Все эти исследования пока еще проводятся в стенах различных лабораторий, но вот когда дело коснется начала внедрения разработанных технологий, встанет одна большая проблема. Эта проблема заключается в отсутствии технологических методов широкомасштабного производства коротких цепочек ДНК, олигонуклеотидов (oligonucleotides), которые являются исходным материалом для производства более длинных молекул ДНК.

Понимая то, что проблема массового производства молекул ДНК рано или поздно встанет очень остро, исследователи из Каролинского института (Karolinska Institutet), Швеция, и Гарвардского университета совместными усилиями разработали технологию, подходящую для производства олигонуклеотидов определенных типов в больших количествах.

Эта технология, описание которой было опубликовано в журнале Nature Methods, может полностью удовлетворить потребности ученых, исследователей и производственников основными видами исходного сырья и новыми методами, без которых невозможно проведение некоторых исследований.

«Мы использовали метод ферментативного производства для создания системы, которая не только позволяет повысить качество вырабатываемых олигонуклеотидов, но и позволяет развернуть широкомасштабное их производство. Для этого мы используем микроорганизмы определенных видов, которые работают в роли "станков с числовым программным обеспечением», производя в больших количествах короткие цепочки ДНК, структура которых заложена в геноме этих микроорганизмов. При этом, стоимость такого метода производства ДНК существенно ниже, чем стоимость, которую могут обеспечить другие методы" – рассказывает Бьорн Хегберг (Bjorn Hogberg), ученый из Шведского научного центра медицинских нанотехнологий (Swedish Medical Nanoscience Center), который является подразделением Отдела нанотехнологий Каролинского института.

Процесс биопроизводства цепочек ДНК, который использует запрограммированные микроорганизмы, позволяет производить в больших количествах молекулы практически любой длины. В отличие от существующих методов синтеза искусственной ДНК, где число ошибок в молекулах увеличивается пропорционально длине молекулы, новый метод биосинтеза позволяет получить олигонуклеотиды, длиной в несколько сотен оснований, практически не содержащих ошибок в генетическом коде.

Исходные молекулы ДНК вырабатываются микроорганизмами как одна бесконечная молекула, состоящая из повторяющихся одинаковых фрагментов. На краях этих фрагментов присутствуют так называемые «шпильки», состоящие из определенных молекул. Молекулы этих «шпилек» интенсивно вступают в реакцию с некоторыми ферментами, которые выступают в роли молекулярно-биологических «ножниц», разрезающих длинную молекулу ДНК в строго определенных местах.

С помощью такого метода, закодировав микроорганизмы соответствующим способом, можно производить олигонуклеотиды сразу нескольких видов, получая на выходе смесь различных коротких цепочек ДНК с заранее заданными пропорциями, что сразу позволяет использовать такую смесь в качестве готового лекарственного препарата.

«Лекарственные препараты на основе олигонуклеотидов, коротких цепочек ДНК, уже существуют и доступны людям в крайне ограниченных количествах по невероятно высокой цене. Наш метод производства олигонуклеотидов позволит производить большие количества подобных препаратов, более чистых, более эффективных и по значительно более низкой стоимости» – подвел итог доктор Бьорн Хегберг.