Инженеры из университета Вашингтона разработали структурированный набор инструкций для программирования химических реакций в лабораторной среде или живой клетке с помощью молекул ДНК. Наличие такого языка должно помочь в проектировании сложных молекулярных структур с нужными свойствами.

ДНК — молекула, состоящая из четырёх азотистых оснований (A, G, T, C), которая позволяет закодировать в четверичной системе счисления информацию для синтеза белка через транскрипцию в РНК на своей матрице. Именно молекулы ДНК, исполняя свой код в определённой последовательности, несмотря на свою простоту и малый размер, позволяют клеткам сконструировать организм практически любой сложности, вплоть до человека. При этом молекула ДНК обеспечивает потрясающую плотность записи данных, высокую надёжность и многоуровневую систему защиты информации от повреждений. Для химиков и специалистов по информатике — это идеальный контейнер для записи информации, недавно они добились плотности записи 2,2 петабайта на грамм молекул.

Специалисты из Вашингтонского университета пошли ещё дальше.

«Мы начинаем с абстрактного, математического описания химической системы, а затем используем ДНК для конструирования молекул, которые реализуют требуемую динамику, — объясняет суть своей работы Георг Силиг (Georg Seelig), помощник профессора по электротехнике и информатике, один из авторов нового языка программирования. — В итоге мысль воплощается в жизнь, так что вы можете использовать эту технологию для создания инструментов общего назначения».

Такие синтетические ДНК выполняют роль контроллера с молекулярными цепями управления, но основе которого можно осуществлять вычисления и необходимые химические действия на клеточном уровне, как показано на диаграмме.

В идеале, в арсенале учёных появится универсальный фреймворк, подходящий для программирования клеток или, в данном смысле, химических компьютеров. Они смогут выполнять инструкции, заданные не природой, а уже человеком. Хотя это не реверс-инжинириг языка природы, но аналогичный фреймворк, который эмулирует его функции на самом базовом уровне. Например, мы можем заставить живые клетки реагировать на заданные химические вещества — и работать как биосенсоры. Такие маленькие «компьютеры» можно даже внедрять в человека для выполнения определенной примитивной задачи, например, доставки лекарства. Более того, они могут быть запрограммированы на выполнение разных программ, в зависимости от необходимости.

Результаты работы ученых опубликованы 29 сентября в журнале Nature Nanotechnology.