Ученые ТУСУРа провели первый экспериментальный синтез олигонуклеотидов на разрабатываемом геномном принтере

Особенности технологии синтеза олигонуклеотидов заключаются в том, что синтез ведется внутри нанопор, а дозирование реагентов осуществляется очень малыми объемами (300-400 пиколитров) при помощи печатающих головок. Реагенты в разных областях синтеза (спотах) не должны между собой контактировать, а расстояние между ними при максимальной плотности синтеза не превышает десятков микрометров. 

Для первого эксперимента на отечественном геномном принтере, разрабатываемом в ТУСУРе, были использованы пористые подложки, производство которых планируется наладить в Томске.

«Для выращивания длинной цепочки олигонуклеотидов на данной подложке требуется обработать ее поверхность специальными составами для получения возможности «пришивания» последующих звеньев цепочки олигонуклеотидов. Для проведения эксперимента подложки были предварительно функционализированы нашими коллегами из Института химической биологии и фундаментальной медицины (г. Новосибирск)», - рассказывает заведующий лабораторией аддитивных технологий и инженерной биологии Руслан Гадиров.

Код ДНК состоит из четырех «символов», или нуклеотидов. Эти четыре разновидности нуклеотидов обозначаются буквами А (аденин), Т (тимин), Г (гуанин) и Ц (цитозин). Первый эксперимент заключался в синтезе моно цепи «Т». Ученые запустили синтез цепочек длиной в 5, 10, 15 и 20 букв.

«Нам было важно проверить надежность синтеза – посмотреть, какова вероятность ошибки. Только после этого имеет смысл переходить к синтезу более длинных цепочек или цепочек из нескольких букв на одной подложке», - комментирует Руслан Гадиров.

На каждой подложке в ходе эксперимента располагалось несколько десятков спотов синтеза. Диаметр каждого – порядка 150 микрометров. При этом погрешность, с которой должны перекрываться споты из разных дозаторов, не должна была превышать 2-3 микрометра – это необходимо для того, чтобы реакция проходила во всем объеме спота, тогда мы получим максимальную эффективность синтеза.   

«Несмотря на то, что в рамках эксперимента проводилось выращивание цепочек из одной буквы, точность была не менее важна: в каждом споте генерировалось выращивание 10 цепочек. Если у нас хотя бы один из реагентов не попадает в нужный нам спот, или недостаточно перекрывается, то мы получим много делеционных олигонуклеотидов, то есть укороченных цепочек, что является недопустимым», – поясняет заведующий лабораторией.

Еще одна задача, которая решалась в ходе эксперимента – проведение испытаний совместной работы отдельных узлов геномного принтера в реальных условиях.

«Отмечу, что электроника выдержала агрессивную среду синтеза, хотя и тут есть над чем поработать», – резюмировал Руслан Гадиров.  

Ученым ТУСУРа удалось синтезировать образцы различной длины, которые переданы для исследования в Институт химической биологии и фундаментальной медицины. До конца года планируется провести еще два эксперимента: первый будет посвящен синтезу однобуквенных, но более длинных цепочек, после чего ученые планируют перейти к выращиванию многобуквенных цепочек.