Современная наука продолжает удивлять нас своими открытиями, перенося наше понимание возможностей биотехнологии на новый уровень. Недавно исследователи из Университета Вены представили уникальный подход к использованию ДНК в искусстве и цифровой технологии. Их работа, опубликованная в журнале American Chemical Society, раскрывает возможность создания 16 миллионов цветов с использованием флуоресцентных пар оснований ДНК, превосходя предыдущее ограничение в 256 цветов.
Итак, как же это работает? Для начала давайте вглядимся в структуру ДНК. Двойная спираль ДНК состоит из двух молекул, обладающих комплементарными последовательностями. Исследователи научились управлять стабильностью этих двух молекул в лабораторных условиях, контролируя количество и местоположение комплементарных последовательностей. Это позволило создать флуоресцентные дуплексы, которые способны генерировать целых 16 миллионов различных цветов.
Биохимический механизм образования пар оснований на основе комплементарности последовательностей ДНК лежит в основе того, как гены читаются и копируются. Этот процесс, называемый гибридизацией, предсказуем и программируем благодаря простым и неизменным правилам формирования дуплекса. Программирование гибридизации позволяет собирать синтетические гены и создавать структуры на наномасштабе.
В чем ключевое открытие этого исследования? Ранее считалось, что цветовая гамма, создаваемая с использованием ДНК, ограничивается 256 оттенками. Однако, благодаря новому методу, исследователи смогли превратить ДНК в настоящий "холст" для рисования с использованием 16 миллионов цветов. Эта технология позволяет точно воспроизводить цифровые изображения на миниатюрных 2D поверхностях с глубиной цвета 24 бита.
Как это достигается? Каждый цвет создается путем гибридизации коротких молекул ДНК, связанных с флуоресцентными маркерами, к длинной комплементарной молекуле ДНК на поверхности. Интенсивность цвета регулируется изменением стабильности дуплекса. Удаление оснований из последовательности молекулы ДНК приводит к уменьшению стабильности, что приводит к более темному оттенку цвета. Тонкая настройка этого процесса дает возможность создания 256 оттенков для каждого цветового канала, а все они могут быть смешаны и сочетаны внутри одного ДНК-дуплекса (пары оснований).
Интересно, как удалось синтезировать такое количество уникальных последовательностей ДНК для достижения такой точности в преобразовании ДНК в цвет? Исследователи использовали метод параллельного синтеза ДНК, называемый масклесс-синтезом массива (MAS). Этот метод позволяет синтезировать сотни тысяч уникальных последовательностей ДНК одновременно и на одной поверхности размером с ноготь. Таким образом, они смогли автоматизировать процесс, превращая любое цифровое изображение в точную ДНК-фотокопию с подлинным цветовым воспроизведением.
Ограничение разрешения в настоящее время составляет формат XGA, но исследователи утверждают, что процесс воспроизведения может быть адаптирован к разрешениям 1080p и даже потенциально 4K. Помимо изображений, данная технология может найти применение в хранении данных на ДНК, предоставляя еще одну перспективную область для будущих исследований.
Таким образом, открытие исследователей из Университета Вены в области искусства с использованием ДНК представляет собой не только технологический прорыв, но и открывает новые перспективы для цифровой биологии и биотехнологии в целом.