Искусственный синтез олигонуклеотидов 

Олигонуклеотидный синтез — это химический синтез последовательностей нуклеиновых кислот. В большинстве биологических исследований и биоинженерии используется синтетическая ДНК, которая может включать олигонуклеотиды, синтетические гены или даже хромосомы. Сегодня все синтетические ДНК создаются на заказ с использованием фосфорамидитного метода Марвина Х. Карутерса. Олигоны синтезируются из строительных блоков, которые повторяют природные основания. Этот процесс был автоматизирован с конца 1970-х годов и может быть использован для формирования желаемых генетических последовательностей, а также для других целей в медицине и молекулярной биологии. Однако создание последовательностей химическим путем непрактично при длине более 200-300 оснований и является экологически опасным процессом. Олигоны, состоящие примерно из 200 оснований, можно соединять с помощью методов сборки ДНК, создавая более крупные молекулы ДНК.

В некоторых исследованиях изучалась возможность ферментативного синтеза с использованием терминальной дезоксинуклеотидилтрансферазы (TdT), ДНК-полимеразы, не требующей шаблона. Однако этот метод пока не столь эффективен, как химический синтез, и не является коммерчески доступным.

С развитием синтеза искусственной ДНК изучается возможность хранения данных в ДНК. Благодаря сверхвысокой плотности хранения и долгосрочной стабильности синтетическая ДНК представляет собой интересный вариант для хранения больших объемов данных. Хотя информация может быть извлечена из ДНК очень быстро с помощью технологий секвенирования следующего поколения, синтез ДНК de novo является основным узким местом в этом процессе. За один цикл можно добавить только один нуклеотид, причем каждый цикл занимает несколько секунд, поэтому синтез в целом занимает много времени, а также чреват ошибками. Однако, если биотехнологии улучшатся, синтетическая ДНК однажды может быть использована для хранения данных.

Синтез пар оснований

Сообщалось, что можно синтезировать новые пары нуклеобаз, а также A-T (аденин — тимин) и G-C (гуанин — цитозин). Синтетические нуклеотиды могут быть использованы для расширения генетического алфавита и специфической модификации участков ДНК. Даже просто третья пара оснований расширит число аминокислот, которые могут быть закодированы ДНК, с существующих 20 аминокислот до возможных 172. ДНК Хатимодзи построена из восьми нуклеотидных букв, образующих четыре возможные пары оснований. Поэтому ее информационная плотность вдвое выше, чем у природной ДНК. В ходе исследований из ДНК хатимодзи даже была получена РНК. Эта технология также может быть использована для хранения данных в ДНК.