Компьютер внутри клетки

Впервые, синтетические биологи создали генетический аппарат, который имитирует одно из устройств, на котором основана вся современная электроника, полупроводниковый триод- транзистор. Как и стандартный электронный транзистор, новый биологический транзистор должен работать в различных биологических конструкциях цепи. Генетическая цепь, должна сделать проще для учёных программу исследования клетки, анализ загрязняющих веществ и прогрессирование заболевания для выпуска медикаментов и биотоплива.

Исследователи уже добились впечатляющих успехов за последнее десятилетие в имитации поведения электронных схем с использованием ДНК, РНК и белков. Но часто эти устройства, как правило, работают только при точной настройке, для которой они были разработаны, например, поднимая выражение одного конкретного гена в ответ на обнаружение конкретного входного сигнала.

Дрю Энди, синтетический биолог из Стэнфордского Университета в Пало-Альто, штат Калифорния, и его коллеги искали подход, который может найти более широкое применение, в том же качестве, что и электронный транзистор можно подключать к многочисленным различным моделям схемы для выполнения множества различных функций. Таким образом, они решили использовать биологию, чтобы имитировать наиболее распространенный тип электронного транзистора. Транзистор, по существу, это электронный переключатель с тремя приборами или электродами. Относительно небольшой вход для электронов, текущих в управляющем электроде, называемый затвором, открывает электронный дверной проем, позволяя пропускать больше электрического тока между двумя другими электродами, известными как истоком и стоком. Это усиление сигнала может отправлять вниз по течению транзисторов многочисленные возможности для проведения дальнейших логических операций. Энди и его коллеги предполагают, что усиление может помочь будущим генетическим конструкциям схем, а также, потому что биологические сигналы часто быстро пропадают как слабые молекулярные сигналы, потому что часто бывают заглушены другими молекулярными «шумами» внутри клетки.

В основе нового биологического транзисторов, который команда Энди называет "transcriptor", являются три компонента: инженерные нити ДНК, РНК-полимераза (РНК-P), фермент, который перемещается вдоль ДНК и копирует его в РНК и белки, называемые интеграза, которые способны вырезать и вставлять ДНК. Контролируя поток электронов по проводам, учёные использует интегразу, чтобы контролировать, сколько молекул РНК-P (электронов) перемещается по цепи ДНК. Команда Стэнфордского Университета показала, что они могут выстроить несколько "transcriptor" выполнять логические функции, создавая стандартные логические схемы, которые объединяют сигналы в соответствии с определенными правилами.

Команда Стэнфордского Университета не первая, кто начал использовал интегразу, ДНК и РНК-P, чтобы построить схему. В феврале команда учёных во главе с синтетическим биологом Тимоти Лу из Массачусетского Технологического Института в Кембридже использовали ту же стратегию для выполнения сложной клеточной логики и памяти функций. Но Тимоти Лу говорит, что "исследования Дрю Энди очень интересны", так как это показывает, какие стратегии могут быть использованы для усиления сигналов. Это может быть полезно при разработке новых схем сотовых телефонов для обнаружения малых молекулярных сигналов, которые могут указывать на наличие заболевания и создать большой выходной сигнал, который может быть легко обнаружен.