Kształt DNA można modyfikować, by stworzyć mikroskopijne maszyny i komputery. Naukowcy odkryli szereg nowych rozwiązań pozwalających na kontrolę tego procesu.

Można wymusić zmianę kształtu DNA dodając do jego cząsteczek substancje takie jak miedź, czy tlen. Nowe kształty DNA umożliwiają naukowcom tworzenie mikroskopijnych urządzeń z materiału budulcowego każdego żywego organizmu.

„DNA nieodmiennie kojarzy się z kształtem podwójnej helisy, po raz pierwszy zaproponowanym przez Watsona i Circka w 1953 roku. Nie każdy jednak wie, że DNA może przybrać również inny kształt” – powiedziała dr Zoe Waller z Uniwersytetu Wschodniej Anglii w rozmowie z dziennikiem The Independent.

Zespół dr Waller prowadzi prace nad szczególną czteroniciową strukturą nazywaną „i-motif”, przypominającą kształtem węzeł. Stukturę odkryto w komórkach organizmów w kwietniu 2018 roku. Uważa się, że alternatywne kształty DNA dają początek niektórym chorobom genetycznym, takim jak cukrzyca, czy rak. Jednakże celem zespołu z Uniwersytetu Wschodniej Anglii nie było możliwe zastosowanie tych kształtów w medycynie.

„Wiemy, że te struktury mają znaczenie dla ekspresji genu, ale nie na tym skupiały się nasze badania. Naszym celem było odkrycie czy DNA można użyć jako materiał, budulec” – wyjaśniła dr Waller.

DNA ma potencjał wykorzystania jako materiał konstrukcyjny o szerokim zastosowaniu, od nanorobotów po komputery DNA. Odmienny kształt struktury i-motif w połączeniu ze zwykłym DNA może służyć jako
„przełącznik” – regularny kształt jako „włącznik”, i-motif jako „wyłącznik”.
Taki przełącznik wykorzystuje się w prostych projektach związanych z nanomaszynami. Dr Waller wraz z zespołem znacznie poszerzyła repertuar dostępnych przełączników.

Wyniki ich badań są przedstawione w czasopiśmie Nucleic Acids Research.
Według dr Waller, „jednym z bezpośrednich zastosowań struktury i-motif są komputery oparte na DNA“.

Pomysł stworzenia komputerów DNA pojawił się kilka lat wcześniej. Microsoft przeprowadził badania ich potencjalnego zastosowania i przetestował DNA jako nośnik danych. Naukowcy podjęli próby użycia DNA do przechowywania informacji oraz tworzenia prostych bramek logicznych.

„DNA może być wykorzystane do tworzenia bramek logicznych. Jedną z zalet stosowania DNA w informatyce jest możliwość wykonywania obliczeń równolegle, jeśli różne składniki reprezentują różne bramki logiczne” – wyjaśniła dr Waller. „Zatem odkrycie nowych składników dla tego samego rodzaju DNA zwiększa produktywność procesów.”

Inne zastosowania technologiczne DNA obejmują tworzenie mikroskopijnych nanorobotów, które mogłyby dostarczać leki w konkretne partie ciała.

„DNA jest biokompatybilne. Więc jeśli nanomaszyna która powstaje z DNA, wprowadzi sie do organizmu, nie zostanie tak szybko zniszczona, ani uznana za element obcy” – powiedziała dr Waller.