Счетная клетка: Бактерия как «компьютер»

Основным «подопытным» ученым служили, как обычно, бактерии пищеварительной палочки

Естественно, использовать такое «счетное устройство» для сложных математических вычислений не получится. Зато у него есть масса других нужных применений. Схожим образом измененная клеточка способна запоминать происходящие с ней действия, так, будто бы она обладает памятью – например, число делений, через которые клеточка прошла, либо последовательность стадий развития.

Можно перевоплотить ее и в действенный биосенсор, чувствительный к разным токсинам и загрязняющим субстанциям.

О достижении в последних числах мая сказала группа ученых во главе с доктором Джеймсом Коллинзом (James Collins). «Не думаю, что по своим чисто вычислительным возможностям когда-нибудь био системы достигнут того уровня, который сейчас показывают обыденные компьютеры», — гласит один из создателей работы, студент Тимоти Лу (Timothy Lu). Вправду, держать под контролем сложную и разнообразную жизнь клеточки куда труднее, чем обычный кремниевый чип. Ну и так ли это нужно? Она полностью подходит для решения определенных, маленьких псевдо-вычислительных задач, что и показали ученые. «Нашей целью, — гласит Тимоти Лу, — было получить обычный инструмент для анализа определенных качеств жизни клетки».

Чтоб показать свою разработку в деле, создатели сконструировали из клеточки «устройство», способное вести учет трем видам активности, хотя в теории это количество может быть куда огромным. Давайте поглядим, как это работает.

1-ый «счетчик», нареченный RTC (Riboregulated Transcriptional Cascade – «Риборегулируемый транскрипционный каскад»), состоит из набора генов, любой из которых кодирует белок, который, в свою очередь, активирует последующий ген в цепочке.

Сейчас представим, что клеточка получила определенный стимул, действующий на 1-ый ген из этого каскада – например, в питательной среде появился сахар. В ответ начинается выработка первого белка из цепочки, РНК-полимеразы, фермента, который ведет синтез РНК и держит под контролем активность другого гена. Повторный сигнал провоцирует уже имеющуюся РНК-полимеразу, и она запускает синтез последующего белка в цепочке – другого вида РНК-полимеразы. Таким макаром, на теоретическом уровне, число шагов в этой последовательности ограничено только количеством имеющихся в бактериальной клеточке видов РНК-полимераз. «В эталоне, — гласит Тимоти Лу, — наша цель заключается в том, чтоб использовать весь набор этих генов для сотворения все более и поболее длинноватых каскадов».

Такие «генетические счетчики» работают не мгновенно и требуют от нескольких минут до часов. Но этого полностью довольно для работы со многими входящими «сигналами» — например, для отслеживания процесса клеточного деления в исследовательских работах процессов старения. По мере надобности, его можно «обнулить» и начать все поначалу.

2-ой «счетчик» DIC (DNA Invertase Cascade, «Каскад ДНК-инвертазы») несколько труднее и способен хранить даже нечто вроде «битов» инфы. Эта система базируется на ферментах-инвертазах, которые в клеточке занимаются достаточно необыкновенным делом: они выяснят подходящий кусок на двойной спирали ДНК, вырезают его, переворачивают задом наперед и опять встраивают на место.

Счетчик DIC включает серию генов, кодирующих различные ДНК-инвертазы. Когда 1-ый из их активизируется, начинается выработка первой ДНК-инвертазы. Она пристраивается к собственному гену и переворачивает его. При всем этом работа первого гена блокируется, зато становится вероятным работа последующего. При последующих стимулах цикл повторяется: любая ДНК-инвертаза перекрывает транскрипцию собственного гена и разблокирует – последующего. В конце цепочки размещается ген, кодирующий не инвертазу, а выходной сигнал – например, зеленоватый флуоресцентный белок (GFP), который просто найти после нескольких шагов этой операции. В теории, счетчик DIC может включать до 100 шагов (конкретно столько разных ДНК-инвертаз открыто в клеточке пищеварительной палочки).

Эти «счетчики» просто использовать и для исследовательских работ, и в качестве живых детекторов. Клеточку с помощью их можно вынудить реагировать на самые различные хим сигналы либо освещение, и даже «запрограммировать» ее погибель после определенного числа циклов. Считается, что подобные биосенсоры, реагирующие на присутствие взрывчатых веществ, в дальнейшем станут наилучшими ассистентами саперов. Для этого уже сейчас сделаны генетические измененные дрожжи, распознающие ВВ (читайте: «Разминирование пивом»), и даже пчелы, укрепленные на особом картридже («Это ж-ж-ж неспроста»).

По инфы MIT News Office