Как превратить живые клетки в компьютеры?

Эксперты по синтетической биологии создали ДНК-модули, каковые делают логические операции в живой клетке. Эти «генетические схемы» возможно применять для отслеживания наиболее значимых моментов в жизни клетки либо только одним перемещением генетического тумблера изменять ее судьбу.

Синтетическая биология трудится над переносом концепций из электронного машиностроения в клеточную биологию, принимая генетические функции как компоненты электрической цепи. С целью этого эксперты Массачусетского технологического университета изобрели комплект несложных генетических модулей, каковые реагируют на входящие сигналы подобно булевым логическим схемам, применяемым в компьютерах.

«Эти разработки разрешат приблизиться к созданию программируемых клеток, владеющих свойством к принятию ответов, для применения во множестве сфер», — отмечает эксперт по синтетической биологии Джеймс Коллинс, что не принимал участия в изучении. Более десяти лет назад он изобрел генетический «тумблер», что дал толчок формированию синтетической биологии. С того времени показалось множество вычислительных схем для клеток, включая несложный счетчик, созданный Коллинсом и его сотрудниками в 2009 году.

Но дабы сделать это вправду правильной технической дисциплиной, нужно продвигаться к ответам, каковые разрешат возможность программировать клетки в громадных масштабах, считает эксперт по синтетической биологии Тимоти Лу, что был автором последнего изучения. «Мы желали показать, что вероятно легко собрать воедино последовательность несложных частей и взять средство ответа многих логических функций», — говорит ученый.

Кольцевая логическая схема

Логические модули Тимоти Лу основаны на плазмидах – кольцевых цепях ДНК, помещенных в клетки бактерии Escherichia coli, т.е. кишечной палочки. Ученые создали 16 плазмид – по одной для каждой двухзначной логической функции, дешёвой в вычислениях. Каждое соединение включает стимулирующую и ограничивающую последовательности ДНК, каковые соответственно начинают либо останавливают транскрипцию генов.

Помимо этого, в них предусмотрен ген выходного сигнала, что кодирует зеленый флуоресцентный белок.

Главным элементом совокупности есть применение ферментов рекомбиназы, каковые обрезают и перестраивают стимулирующую и ограничивающие последовательности ДНК, дабы активировать либо отключить их. Иными словами, ферменты рекомбиназы являются входящими сигналами, каковые определяют момент считывания гена с исходящими данными.

К примеру, электронный логический элемент И дает хороший выходной сигнал, лишь в то время, когда к обоим входным сигналам подается напряжение. В генетической версии ген выходного сигнала считывается, лишь в то время, когда обе ограничивающие последовательности между ним и стимулирующей последовательностью нейтрализуются двумя входящими сигналами в виде ферментов рекомбиназы.

Как отмечает Тимоти Лу, не смотря на то, что рекомбиназы подобным образом употреблялись в прошлом (к примеру, для записи данных в память ДНК), нынешнее изучение делает ход вперед, применяя ДНК в самом ходе вычисления. «Раз изменяемая ДНК – это регулирующий элемент, в частности стимулирующая либо ограничивающая последовательность, то это позволяет осуществлять контроль в клетки. И именно таковой контроль и снабжает логические схемы», — говорит ученый.

Свободные исследователи именуют неестественные модули цифровым долгосрочным методом хранения информации в ДНК. Логическая схема может хранить множество данных, к примеру, данные о нахождении клетки в двух различных средах.

У совокупности имеется и другие преимущества. Изменение носит постоянный темперамент, и потому по окончании смерти клетки имеется возможность получить данные из ДНК. Поменянные плазмиды передаются минимум 90 поколениями клеток, а это принципиальный момент для биологов, трудящихся над получением главной информации об истории клетки.

Методика может оказаться нужной и в биотехнологии. При помощи таких «тумблеров» производители смогут вырастить клеточные культуры, в которых главные гены отключены до момента активации сигнальным соединением, к примеру, для запуска производства препарата в момент готовности совокупности. Другие «тумблеры» смогут остановить производство в момент успехи лимита.

Источник: Nature

• генетические схемы
• логические схемы
• ферменты
• хранение информации в днк

Author: Евгений

Случайные записи:

• Поиграем с рнк – коллективный разум в помощь биологам
• Aerovelo намерена вернуть в канаду рекорд скорости веломобиля

ПРЕВРАТИ СВОЙ КОМПЬЮТЕР В АНИМЕ!

Похожие статьи, которые вам понравятся:

• Искусственные стволовые клетки превратили в кроветворные

  Гемопоэтические клетки костного мозга возможно взять перепрограммированием других типов клеток. Клетки сосудов (зеленые), перевоплощённые…

• Цифровая эволюция: днк «оживит» компьютеры

  Транзисторы в корне поменяли мир и дали нам компьютеры и электронику. Сейчас же исследователи изготовили биологический транзистор из ДНК, что возможно…

• Ученые разработали компьютерную модель, позволяющую перепрограммировать живые клетки

  Группа исследователей их Центра биомедицинских совокупностей (Centre for Systems Biomedicine, LCSB) Люксембургского университета создали математическую…

• Биологи превратили клетки кожи мыши в заготовки нейронов

  Американские биологи смогли перевоплотить клетки кожи мыши в «заготовки» нейронов, минуя фазу стволовых клеток, и опубликовали рецепт изготовления таких…