«Мона Лиза» Леонардо да Винчи — величайшее произведение, значимость которого нельзя недооценить. В течение веков картина оказывала влияние на целые школы художников, умы и воображение живописцев. «Мону Лизу» неоднократно пытались копировать, также представители различных течений писали картины с ней по-своему. Кто-то создавал огромное полотно, а кто-то умещал лицо девушки на миниатюре размером с почтовую марку.
Но сейчас ученые смогли создать самую маленькую картину в мире с изображением той самой девушки. Это сделано при помощи отдельных молекул ДНК. Известная всему миру улыбка (да и улыбка ли?) на картине не превышает 100 нм в длину. Все это удалось выполнить благодаря отработке нового «метода оригами», позволяющего складывать молекулы ДНК в сложные структуры.
Картина, получившаяся у ученых, не цельная. Она состоит из квадратов, каждый из которых сложен из отдельных нитей ДНК. При этом последовательность в нитях ДНК разная, она предопределена заранее. Все это позволяет создавать фрагменты «холста», которые и создают очертания. Затем, увеличивая масштабы холста (2х2, 4х4, 8х8 — финальный размер) ученые добились того, что изображение уместилось здесь полностью.
Каждый элемент всей головоломки (а всего их 64) создавался в одной из 64 пробирок. Ученые знали, в какой из них какой элемент собирается, поэтому по готовности всех элементов их оставалось соединить вместе, получив единую картину.
Конечно, вручную здесь мало что можно было поделать. Специалисты использовали комбинированную систему, специализированный жидкостный автомат, который управляется специфическим программным обеспечением. Автоматизация сильно облегчает необычайно трудоемкий процесс складывания нитей. Благодаря этому авторы проекта смогли создать не только копию «Моны Лизы», но и «портрет» бактерии, для того, чтобы показать возможности системы.
Программное обеспечение анализирует загруженное учеными изображение, разделяет его на небольшие квадраты равного размера, а затем определяет последовательность ДНК, требуемую для создания определенного рисунка на каждом квадрате. Ну а потом происходит сборка лоскутков, выращенных в пробирках, как и указывалось выше.
«Мы можем на каждом квадрате создать отдельный фрагмент рисунка, а затем сформировать целую картину из отдельных элементов», объясняет Григорий Тихомиров, руководитель проекта. «Все это усложняется тем, что нам необходимы сотни отдельных элементов, которые не только технически сложно спроектировать, но и нужно еще синтезировать, что недешево. Мы решили добиться использования малого числа элементов и сразу размещать их в положенных местах».
И как раз этого удалось добиться при помощи создания специализированного программного обеспечения, управляющего «жидкостным» роботом, который собирает ДНК вместе. Все это — весьма непростая технология, но ученым удалось сделать то, что требовалось.
Картина в 64 раза больше, чем изначальная оригами-структура ДНК, разработанная американцем Полом Ротемундом в 2006 году. Принцип же создания всех элементов молекулярного паззла тот же, что разрабатывался изначально.
«Иерархическая структура нашего проекта позволяет использовать лишь малое число строительных блоков, в нашем случае это нити ДНК с уникальной последовательностью, для того, чтобы создать более масштабные структуры. В теории, мы можем создавать рисунки любого размера», — говорит Тихомиров. Метод, который использовали специалисты, относительно недорогой, особенно, если сравнить его с другими существующими методиками сборки нитей ДНК в определенные структуры.
Кроме того, стоит заметить, что все это создавалось не развлечения ради. Технология позволяет проводить точнейшие манипуляции с объектами из микромира. В результате ученые смогут получать чрезвычайно малые микросхемы, создавать необычные экземпляры органически материалов или просто проводить проверку химического и молекулярного взаимодействия.
Сама картина может быть не самым маленьким изображением в мире (это первенство принадлежит «Мальчику и его атому» корпорации IBM). Но сама методика, позволившая создать картину, может быть чрезвычайно полезна.
Автор: Максим Агаджанов
