Znanstvenici čuvaju DNK u polimeru nalik na jantar

U filmu Jurassic Park znanstvenici su izvukli DNK koja je bila sačuvana u jantaru milijunima godina i iskoristili je za stvaranje populacije davno izumrlih dinosaura.

Istraživači s MIT-a osmislili su način za kapsuliranje DNK u duroplastični polimer poznat kao umreženi polistiren nalik na jantar. Nakon što se DNK ugradi u polimer, može se ponovno osloboditi tretiranjem polimera cisteaminom.

Većina sadašnjih metoda pohranjivanja DNK zahtijeva niske temperature, pa troše mnogo energije i nisu izvedive u mnogim dijelovima svijeta. Nasuprot tome, novi polimer nalik na jantar može pohraniti DNK na sobnoj temperaturi dok istovremeno štiti molekule od oštećenja uzrokovanih toplinom ili vodom.

Istraživači su pokazali da bi mogli koristiti ovaj polimer za pohranjivanje DNK sekvenci koje kodiraju tematsku glazbu iz Jurskog parka, kao i cijeli ljudski genom. Također su pokazali da se DNK može lako ukloniti iz polimera bez njegovog oštećenja.

DNK, vrlo stabilna molekula, prikladna je za pohranjivanje golemih količina informacija, uključujući digitalne podatke. Digitalni sustavi za pohranu kodiraju tekst, fotografije i druge vrste informacija kao nizove 0 i 1. Te iste informacije mogu se kodirati u DNK pomoću četiri nukleotida koji čine genetski kod: A, T, G i C. Na primjer, G i C mogu se koristiti za predstavljanje 0 dok A i T predstavljaju 1.

DNK nudi način za pohranjivanje ovih digitalnih informacija u vrlo visokoj gustoći. U teoriji, šalica za kavu puna DNK mogla bi pohraniti sve podatke svijeta, a DNK je također vrlo stabilna i relativno ju je lako sintetizirati i sekvencirati.

Za ovaj projekt, istraživači su odlučili izraditi duroplast od stirena i poprečnog povezivača, koji zajedno tvore duroplast sličan jantaru koji se zove umreženi polistiren. Ovaj duroplast je također vrlo hidrofoban, tako da može spriječiti ulazak vlage i oštećenje DNK. Kako bi se duroplast učinio razgradivim, monomeri stirena i poprečno povezivači su kopolimerizirani s monomerima koji se nazivaju tionolaktoni. Te se veze mogu prekinuti tretiranjem s molekulom koja se zove cisteamin.

Budući da je stiren toliko hidrofoban, istraživači su morali smisliti način da privuku DNK - hidrofilnu, negativno nabijenu molekulu u stiren.

Da bi to učinili, identificirali su kombinaciju triju monomera koje su mogli pretvoriti u polimere koji otapaju DNK pomažući joj u interakciji sa stirenom. Svaki od monomera ima različite značajke koje surađuju kako bi izvukle DNK iz vode u stiren. Tamo DNK formira sferne komplekse, s nabijenom DNK u središtu i hidrofobnim skupinama koje tvore vanjski sloj koji stupa u interakciju sa stirenom. Kada se zagrije, ova otopina postaje čvrsti blok nalik staklu, u koji su ugrađeni DNK kompleksi.

Istraživači su svoju metodu nazvali T-REX (Thermoset-REinforced Xeropreservation). Proces ugrađivanja DNK u polimernu mrežu traje nekoliko sati, no to bi moglo biti kraće s daljnjom optimizacijom, kažu istraživači.

Kako bi oslobodili DNK, istraživači prvo dodaju cisteamin, koji cijepa veze koje drže polistirenski duroplast zajedno, razbijajući ga na manje dijelove. Zatim se može dodati deterdžent koji se zove SDS kako bi se uklonio DNK iz polistirena bez njegovog oštećenja.

Koristeći ove polimere, istraživači su pokazali da mogu inkapsulirati DNK različite duljine, od desetaka nukleotida do cijelog ljudskog genoma (više od 50.000 parova baza). Uspjeli su pohraniti DNK u kojem je kodirana Proklamacija o emancipaciji i logo MIT-a, uz glazbenu temu iz Jurassic Parka.

Nakon što su pohranili DNK i zatim je uklonili, istraživači su je sekvencionirali i otkrili da nije unesena nikakva pogreška, što je ključna značajka svakog sustava za pohranu digitalnih podataka.

Istraživači su također pokazali da termoreaktivni polimer može zaštititi DNK od temperatura do 75 stupnjeva Celzijusa. Sada rade na načinima kako pojednostaviti proces izrade polimera i njihovog oblikovanja u kapsule za dugotrajno skladištenje.

Rad objavljen u časopisu ACS Publications možete pronaći na ovoj poveznici.