Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • Vitacoin

Дрожжи с логическими вентилями

Аналог электронной схемы построен в живой клетке

Сергей Сыров, ХХ2 век, по материалам Lab Manager: Scientists Borrow from Electronics to Build Circuits in Living Cells

Живые клетки постоянно обрабатывают информацию – они отслеживают изменения мира вокруг и реагируют на них. Для того, чтобы сложились методы обработки информации на клеточном уровне, потребовались миллиарды лет эволюции. Созданные людьми микрочипы, на которых работают компьютеры, для обработки информации преобразовывают её в однозначно понимаемые нули и единицы. В клетках всё не так. ДНК, белки, жиры и сахара работают комплексно.

Но учёные хотят использовать возможность клетки быть «живым компьютером», который поможет создавать новые средства терапии, эффективно производить биотопливо или другие полезные органические вещества, и не могут ждать, когда эволюция создаст желаемую клеточную систему.

В статье, опубликованной 25 мая в журнале Nature Communications, научная группа из Вашингтонского университета (University of Washington) продемонстрировала новый метод цифровой обработки информации в живой клетке – аналог логических элементов (т.н. вентилей), используемых в электрических цепях. Это набор синтетических генов, которые функционируют в клетках, как логический элемент ИЛИ-НЕ (англ. NOR gate), широко используемый в электронике. Это элемент, который имеет два входа и на выходе даёт положительный сигнал, если оба входящих значения отрицательные. Используя только этот элемент (известный как «стрелка Пирса»), можно построить все остальные элементы для совершения логических операций.

В качестве «монтажного стола» для создания логического элемента, построенного на основе ДНК, использовались дрожжевые клетки.

«Хотя реализация простых программ в клетке никогда не сможет соперничать в скорости и точности вычислений с кремнием, генетические программы могут взаимодействовать с окружающей средой клетки непосредственно, – рассказывает старший автор публикации, профессор электротехники Университета Вашингтона Эрик Клавинс (Eric Klavins). – Например, перепрограммированные клетки пациента могут совершать определённые терапевтические действия в самых важных тканях».

Каждый логический элемент ИЛИ-НЕ в клетке состоит из гена с тремя запрограммированными участками ДНК – два в качестве входов и один выход. Авторы воспользовались методом CRISPR/Cas9 для внедрения этих конкретных последовательностей в ДНК внутри клетки. Исследователям удалось внедрить в клетку до семи элементов ИЛИ-НЕ, расположенных как параллельно, так и последовательно.

Таким образом, показана возможность создания схем, которые смогут выполнять полезные действия – получать информацию об окружающей среде от различных датчиков и выполнять расчёты для поиска правильного ответа. Можно представить появление в будущем искусственных иммунных клеток, которые могут распознавать и реагировать на онкомаркеры или клеточных биосенсоров, которые смогут легко диагностировать инфекционные заболевания в ткани пациента.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
 01.06.2017


Читать статьи по темам:

генетически модифицированные микроорганизмы компьютеры синтетическая биология Версия для печати
Ошибка в тексте?
Выдели ее и нажми ctrl + enter
назад

Читать также:

Микробы-калькуляторы

Группа биоинженеров из Массачусетского технологического института создала «аналоговые калькуляторы» на основе живых одноклеточных микроорганизмов.

читать

Бактериальный компьютер

Инженеры из MIT сконструировали молекулярно-генетические контуры, позволяющие не только производить логические операции внутри бактерий, но записывать результаты в клеточные ДНК, которые передаются следующим поколениям микроорганизмов.

читать

Суперкомпьютер в чашке Петри

Ученые из Университета Миссури и Колледжа Дэвидсона в США под руководством Кармеллы Хейнз продемонстрировали принципиальную возможность организации биологических вычислительных систем in vivo (в живом организме).

читать

Цветная бактериальная фотография

Генные инженеры из MIT получили цветные «фотографии», созданные генетически модифицированными бактериями на чашках с питательной средой.

читать

ГМ-бактерии вместо колоноскопии

Реагирующие на тиосульфат и другие соединения серы генетически модифицированные кишечные палочки способны обнаружить развитие колита – воспаления кишечника.

читать

Микробы-миноискатели

Израильские биологи создали бактерии, способные находить мины в почве по следам испарений взрывчатых веществ и показывать их с помощью флуоресцентного свечения.

читать