Позолоченный ген

Умельцы из Техниона вновь удивили мир, впервые продемонстрировав, как с помощью молекулы ДНК можно создать элементарный транзистор. Результаты этого исследования, опубликованные на днях в журнале «Science magazine», были восприняты как настоящий прорыв в молекулярной электронике — именно в этой области ученые пытались использовать молекулы для образования электрических цепей.

Исследование стало частью докторской диссертации доктора Кинерета Керена (Kinneret Keren) и проводилось при участии профессора Ури Сивана (Uri Sivan), доктора Евгения Бухштаба (Evgeny Buchstab) и Ротем Берман (Rotem Berman). Профессор кафедры физики в Технионе Эрез Браун (Erez Braun), руководивший работой в этом направлении, заявил: «Нам удалось доказать, что электроника, основанная на ДНК, это не вымысел» . В своем интервью газете «Ha’aretz» он рассказал, что создание транзистора является частью шестилетнего проекта: «Наша задача заключается в использовании природных свойств молекул ДНК таким образом, чтобы закодированная информация могла задействовать самоформирующийся транзистор».

Первый этап упомянутого проекта был осуществлен в 1998 году, когда ученые вместе с профессором кафедры химии Техниона Йоавом Ишаном (Yoav Ishan) разработали метод превращения молекулы ДНК в электропроводящий кабель, покрывая их слоем серебра и золота. Однако создание транзистора, работающего по принципу логической схемы, потребовало дополнительной разработки. В опытах были задействованы простейшие биологические процессы, которые позволяли смешивать гены и получать новые. «Мы взяли бактериальный белок RecA, ответственный за гомологическую рекомбинацию, из эмбриона, который притягивает к себе сегменты молекул ДНК и изменяет их в сегменты другой молекулы ДНК, — объяснил Браун. — На бактериальный белок мы установили короткую молекулярную нить ДНК. Таким образом, бактериальный белок становится «поводырем», который берет короткую нить и устанавливает ее в определенной точке длинной нити» .

Ученые выяснили, что бактериальный белок, защищает то место, в котором он находится. «Эта защита предотвращает генерацию металлов в этом месте. Таким образом мы получили металлическую нить, середина которой состоит из белка без металла на нем. Прогресс весьма существенный, поскольку это позволяет использовать информацию в континууме ДНК» , — продолжил свой рассказ профессор.

Но и этого оказалось недостаточно для создания логической цепи. Белок не является полупроводником, и было необходимо использовать материал, который притягивается к «местонахождению белка» и передает электричество «по требованию». В статье, опубликованной в «Science magazine», ученые рассказали, каким образом им удалось решить эту задачу. Было решено использовать углеродистую нано-трубку с множеством свойств, которая, помимо прочего, может являться и полупроводником.



«Вся проблема заключалась в том, как установить трубку на белке. Нам очень не хотелось делать это вручную» , — вспоминает Браун. И ученые использовали другой естественный механизм — антитела, то есть такие белки, которые могут присоединиться к другим белкам для их нейтрализации. Способное притянуться к белку в ДНК антитело присоединили к углеродистой трубке с помощью другого вспомогательного белка. Так появился «поводырь», который переводит трубку точно в необходимое место. «Итак, мы получили металлическую нить с белком в середине. Когда положили провод на силиконовую основу и пропустили через него электрический ток, нам удалось сделать из нити ДНК с углеродистой трубкой логическую схему. Когда ключ закрыт, нить проводит электричество, а когда открыт — не проводит» .

Достижение тем более впечатляет, если учесть, что до сих пор ученым удавалось получить молекулярный электронный транзистор только случайным образом. Профессор Браун отметил, что получение простой логической схемы, формирующейся из белков и углеродистой трубки, является лишь первым шагом к созданию более сложных электрических цепей и электронных систем.