Построена логическая схема из генов бактерий
Подобно тому, как электронные схемы делаются из резисторов, конденсаторов и транзисторов, биологические схемы могут быть построены из генов и управляющих белков. Самая крупномасштабная из созданных на сегодняшний день, генетическая сеть изготовлена в Массачусетском технологическом институте (MIT). Об этом сообщает журнал Nature от 7 октября.
В молекуле ДНК гены включаются и выключаются транскрипционным фактором, присоединяющимся рядом с геном-активатором. Для того чтобы реализовать логический элемент AND потребовалось найти такой ген, чья активация управляется не одной, а двумя молекулами.
Подобная генетическая цепочка была выделена в бактерии Сальмонелла, являющейся причиной пищевых отравлений. В этой генной последовательности транскрипционный фактор соединяется с активатором только в присутствии молекулы-компаньона, названной chaperone.
В окончательном виде построенная схема состояла из четырех датчиков для четырех различных молекул, завязанных на три элемента AND. В присутствии всех четырех молекул последовательно включаются все три блока AND, а последний из них производит белок флуоресцентного красного цвета, сигнализирующий об успешном срабатывании схемы.
Для предотвращения взаимных помех три элемента AND были изготовлены с использованием штаммов различных бактерий. Затем они были подвергнуты серии копирований с ошибками, после чего выбирались наименее похожие на оригинал, но все еще функциональные копии.
Как показали эксперименты, отсутствие встроенных тактовых генераторов не приводит к ошибкам из-за рассинхронизации операций. Причиной этого, по-видимому, является короткое время жизни молекул-компаньонов: они распадаются прежде, чем образуются транскрипционные факторы для следующего слоя, что создает подобие управляющего ритма.
Конечной целью исследований в этом направлении авторы статьи видят не биологический клон обычного компьютера. Вместо этого они рассчитывают получить системы, состоящие из датчика, контроллера и актуатора, которые позволяли бы выполнять функции биологического организма простым программируемым образом.
Первым прообразом такой системы стала синтетическая бактерия, созданная в сингапурском технологическом университете Наньян. Она улавливает молекулы, выпускаемые Pseudomonas aeruginosa, и, при достижении определенной критической концентрации, начинает генерировать токсин, убивающий этот патоген.