RW Space

«Рисование» флуоресцентными маркерами уже давно стало удобным способом обнаружения уникальных двухцепочечных структур ДНК. Раньше ученые ограничивались палитрой всего в 256 цветов, а теперь могут создавать потрясающие произведения лабораторного искусства с невероятными 16 миллионами оттенков и оттенков.

Новая техника точно воссоздает цифровые изображения с 24-битной глубиной цвета и результаты потрясающие.

Вот оригинальное цифровое изображение:

И «нарисованная» версия ДНК:

Это не просто новый художественный формат. Подход к рисованию на основе миниатюрной ДНК представляет собой расширение технологии микрочипов для изучения экспрессии генов, но у него есть и другой потенциал.

Исследователи часто используют произведения искусства для тестирования или демонстрации методов, которые впоследствии могут оказаться полезными в реальных приложениях.

«Помимо визуализации, цветовой код ДНК может иметь очень полезные применения при хранении данных на ДНК», — говорит химик Тадия Кекич из Венского университета.

Преобразование данных в последовательности ДНК, хранящиеся на чипе, аналогично хранению информации в штрих-коде. Этот новый метод, разработанный Кекичем и другим химиком из Венского университета, Джори Лиетардом, может обеспечить больший объем хранения на меньшей поверхности.

Их метод настолько точен, что его можно использовать для рисования деталей микрометрового масштаба на поверхности. биополимеры. Возможные области применения включают биосенсоры и диагностику, где решающее значение имеет точный контроль самосборки ДНК.

Огромное количество информации может храниться в ДНК в виде кода, состоящего из последовательностей, состоящих из четырех химических оснований – аденин, гуанин, цитозин и тимин. Каждое основание также соответствует партнеру, обеспечивая образование комплементарных последовательностей в форме двойной цепи.

Наличие одной последовательности дает ученым инструмент для поиска подходящего партнера в беспорядочном беспорядке. Аналитические методы, основанные на последовательностях ДНК, прикрепленных к твердой поверхности в виде сетки, называемые микрочипами ДНК, основаны на цветных флуоресцентных маркерах, чтобы показать, когда комплементарные цепи ДНК связываются вместе.

Это процесс, при котором комплементарные цепи ДНК узнают друг друга. и связываются вместе в виде двойных цепей, это называется гибридизацией. Живые организмы используют простые и стабильные правила гибридизации для считывания и копирования своей генетической информации.

Чтобы представить, как мы можем превратить флуоресцентные последовательности ДНК в яркие произведения искусства, можно было бы представить, как современные цветовые изображения , как мониторы телефонов и ноутбуков, создают широкий диапазон цветов.

Цвет каждого пикселя в сетке экрана состоит из основных каналов красного, зеленого и синего, а интенсивность каждого канала можно увеличивать или уменьшать, чтобы получить цвет, который вы видите.

Наличие несовпадений между основаниями в двухцепочечной ДНК по существу добавляет небольшую нестабильность к ее гибридизации, изменяя молекулярную структуру двухцепочечной ДНК.

Исследователи, стоящие за этой новой техникой флуоресцентной гибридизации, запрограммировали нестабильность нитей, чтобы изменить яркость их флуоресцентных маркеров. Используя разные красители для получения разных цветов и удаляя основания, гибридизация на узорчатых поверхностях ДНК может создавать узоры, которые действительно легко увидеть.

Специфические красители (Cy3, Cy5 и флуоресцеин) на фрагментах ДНК, называемые зондами. , создайте 256 оттенков света в каждом из красного, зеленого и синего каналов. Это создает ползунковый сигнал флуоресценции между отсутствием цвета и полным цветом.

«По сути, наша поверхность синтеза становится холстом для рисования молекулами ДНК в микрометровом масштабе», — говорит Лиетард.

Чтобы продемонстрировать цветовой диапазон, команда разделила цифровые изображения на три 8-битных слоя RGB и назначила последовательности ДНК для каждого пикселя. ценить. На микрочипе размером с ноготь этот метод — безмасочный синтез массива в сочетании с фотолитографией — позволяет одновременно синтезировать сотни тысяч уникальных последовательностей ДНК.

С помощью устройства с сотнями тысяч крошечных зеркал, соответствующих Согласно пикселям изображения и компьютерным сценариям, более 786 000 последовательностей ДНК могут разместиться на поверхности микрочипа в виде сетки. Это по одному на каждую единицу пикселя размером 14 x 14 микрометров в слое RGB, причем информация о значении интенсивности закодирована в сегменте ДНК.

Сканирование трех крошечных микрочипов или точно расположенных «холстов ДНК» и затем обратное объединение слоев в цифровом виде позволяет воспроизвести исходное изображение в более чем 16 миллионах цветов с разрешением 1024 x 768 пикселей. Команда считает, что этот процесс можно расширить для работы в формате Full HD и даже 4K.

«Цифровые изображения можно воспроизводить с высокой точностью в масштабе микрометра, используя простой процесс», — пишут авторы. p>

Среди многих применений сигналы флуоресценции с более высоким разрешением могут привести к более точным измерениям процессов, происходящих внутри нашего тела, что позволит лучше понять клеточную биологию и более раннее обнаружение таких заболеваний, как рак.

Исследование была опубликована в Журнале Американского химического общества.