4.5.5. Нанотехнология изготовления днк-чипов

М. Сассман, П. Браун¹

Матрицы ДНК-детекторов микрометрового размера сейчас используются при одновременном проведении тысяч экспериментов с небольшими количества­ми исходного ДНК. На рис. 4.5 показан чип, состоящий из 6400 «микрото­чек», каждая из которых содержит малое количество определенного гена из геномного набора дрожжей и предназначена для определения активности это-

Рис. 4.5. Полный геном дрожжей на чипе

го гена. Дрожжевые клетки были выращены в разных условиях, поэтому ин­тенсивность красной или желтой светимости соответствует уровню производ­ства РНК из ДНК данного гена при этих условиях. Эксперименты такого типа в настоящее время можно проводить над десятками или сотнями тысяч генов человека. Сравнивая картины так называемой экспрессии гена в нормальной и раковой тканях, можно выявить, какие конкретные гены активизируются или подавляются при данном заболевании. Очевидно, что такая информация пред­ставляет исключительную ценность для ученых и врачей при разработке новых противораковых препаратов. Важной особенностью этой методики является ее способность выявлять физиологические реакции всех «отдельных молекул» ге­на (безразлично, дрожжей или человека) всего за несколько часов. Пять лет на­зад для проведения такого эксперимента потребовалась бы работа десятков специалистов в течение нескольких месяцев.

Переход к рассмотренной методике означает смену парадигмы исследова­ний для биологов, занятых сейчас реализацией проекта «Геном человека». Не­которые ученые сравнивают нынешнюю ситуацию с открытием 150 лет назад Периодической системы химических элементов, с которого началось бурное развитие химии, продолжающееся до сих пор. По аналогии, проекты расшиф­ровки геномов человека и растений позволят по-новому истолковать всю на­копленную биологическую информацию, что может привести к столь же дли­тельному периоду фундаментальных и прикладных исследований в области биологических наук. В настоящее время такие технологии (несмотря на их эф­фективность в манипулировании геномными последовательностями) все еще находятся в неразвитом состоянии и сильно ограничены по чувствительности, избирательности и необходимости привлечения высококвалифицированных операторов. Нанотехнология может помочь решить следующие задачи:

• уменьшить размеры проб, с тем чтобы увеличить число генов, исследуемых в одном эксперименте;

• повысить чувствительность метода (например, используя более тонкие ме­тоды детектирования);

• значительно расширить сферу применения анализаторов нового типа (внедрить их в больницы, клиники и даже использовать в качестве датчиков внутри тела для работы в режиме реального времени) путем миниатюриза­ции и автоматизации таких устройств, так что для их применения не потре­буется участие высококвалифицированного персонала.

4.5.Иомиметические нанотехнологии

Природа предоставляет нам выдающиеся примеры элегантной и эффективной самосборки. Клеточная биология представляет массу неотра­зимых доказательств того, что радикальная нанотехнология, заключающая­ся в производстве сложных машин и механизмов нанометрового масштаба, возможна. В этом разделе мы рассмотрим некоторые примеры того, как биологические механизмы могут быть использованы в нанометровых уст­ройствах. Эта область представляет собой огромное поле для деятельности, и на обсуждаемых нами простых примерах будет основываться ее прогресс в ближайшие годы.