שפת תכנות לבניית דנ”א סינתטי

בדומה לשימוש שעושים אנשי מחשבים בשפות התכנות ג’אווה ופייתון לשם כתיבת קוד למחשב, כימאים יוכלו עד מהרה להשתמש באוסף מוגדר של הוראות לשם “תכנות” ההתנהגות של מולקולות דנ”א בתוך מבחנה או תא.

צוות מחקר מאוניברסיטת וושינגטון הצליח לפתח שפת תכנות עבור כימאים שתאפשר להם להאיץ את הפיתוח של רשת שתוכל להכווין את ההתנהגות של תגובות כימיות באותו האופן שבו בקרים אלקטרוניים מכווינים את פעילותם של רכבים, רובוטים והתקנים אחרים. בתחום הרפואה, רשתות כאלו תוכלנה לשמש כמערכות מתוחכמות להעברת תרופות או כחיישנים לגילוי מחלות ברמה התאית. ממצאי המחקר פורסמו בכת-העת המדעי Nature Nanotechnology.

כימאים ומרצים בכימיה משתמשים ברשתות להדגמת התגובות הכימיות, רשתות המבוססות על שפה בת מאה של משוואות המתארות כיצד מתנהגות תערובות של כימיקלים. מהנדסים מאוניברסיטת וושינגטון מקדמים את השפה הזו צעד אחד נוסף ומשתמשים בה על מנת לכתוב תוכנות המכווינות את התנועה של מולקולות המעוצבות לפי דרישה.

“התחלנו מתקציר, תיאור מתמטי של מערכת כימית, ואז השתמשנו בדנ”א על מנת לבנות מולקולות הממחישות את הדינמיקות המבוקשות,” אמר Georg Seelig, פרופסור מאוניברסיטת וושינגטון להנדסת חשמל ולמדעי המחשב. “החזון שלנו הוא שבסופו של דבר ניתן יהיה להשתמש בטכנולוגיה זו לשם בניית כלים למטרות כלליות.”

כיום, כאשר ביולוג או כימאי יוצרים סוג מסוים של רשת מולקולארית, התהליך ההנדסי הוא מורכב, מסורבל ובלעדי עבור אותה מערכת בלבד. המהנדסים מאוניברסיטת וושינגטון רצו ליצור תשתית שתספק למדענים גמישות גדולה יותר. החוקר הראשי משווה את הגישה החדשה הזו שלהם לשפות תכנות המורות למחשב מה לבצע. “אני חושב שהשיטה שלנו מושכת ביותר מאחר והיא מאפשרת לך לפתור יותר מבעיה אחת בלבד,” מציין החוקר הראשי. “אם אתה רוצה שהמחשב יבצע פעולה אחרת, אתה פשוט מתכנת את ההוראה לכך. המיזם שלנו דומה מאוד לכך – אנו יכולים לומר לכימיה מה לעשות.”

לבני-האדם ולמינים אחרים יש כבר עתה רשתות מורכבות של מולקולות בגודל ננומטרי המסייעות לווסת את פעילות התאים ולשמור על תפקודו התקין של הגוף. מדענים תרים היום אחר דרכים חדשות לפיתוח מערכות סינתטיות המתנהגות בדומה למערכות ביולוגיות בתקווה שמולקולות סינתטיות אלו תוכלנה לסייע בתפקודיו הרגילים של הגוף. לשם כך, קיים צורך בפיתוח מולקולות דנ”א סינתטיות המשתנות בהתאם לתפקוד המוגדר שלהן.

השיטה החדשה אומנם עדיין אינה מוכנה ליישום בתחום הרפואה, אולם שימוש עתידי בה יוכל לנצל את הרשתות הללו ליצירת מולקולות העוברות התגודדות-עצמית בתוך התאים וכאלו היכולות לשמש בתור חיישנים “חכמים”. את המולקולות הללו ניתן יהיה להטמיע בתוך התאים, ואז לתכנת אותן לשם גילוי ליקויים בתא ומתן מענה לכך כנדרש, ייתכן, למשל, ע”י אספקה ישירה של תרופות לאותם התאים.
הידיעה על המחקר