Posted on 19 октября 2011Комментариев нет
Ученые превратили живую кишечную палочку в биокомпьютер

Британские и французские биологи превратили кишечную палочку в простейшее вычислительное устройство, вставив в нее несколько генов, благодаря которым бактерия стала «складывать» поступающие к ней химические сигналы и выдавать результат — другое вещество, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

Биологи считают, что их изобретение может быть использовано для выращивания «запрограммированных» бактерий, которые будут использоваться для лечения рака и поиска холестериновых бляшек на стенках сосудов.

Бактерии, клетки животных и растений способны на элементарные логические операции — они умеют анализировать сигналы, поступающие из внешней или внутренней среды, и включать или выключать определенные гены, чтобы приспособиться к новым условиям.

Группа британских и французских ученых под руководством Мартина Бака (Martin Buck) из Имперского колледжа Лондона приспособила это свойство живых клеток для создания примитивного аналога логических вентилей — «кирпичиков» современной электроники — внутри кишечной палочки.

Бак и его коллеги вставили в ДНК кишечной палочки несколько генов из семейства hrp, выделенных из другой бактерии — Pseudomonas syringae. Эти гены не мешают работе «родных» систем кишечной палочки, поэтому их можно беспрепятственно использовать для «программирования» дополнительных функций.

Ученые использовали гены hrpR и hrpS в качестве входящих «битов» логического оператора «И». Третий участок ДНК из этого набора — hrpL — играл роль химического «выхода» вычислителя.

Первые два гена отвечают за сборку двух разновидностей белков-рецепторов, которые реагируют на определенный вид «химического сигнала». Белок hrpL «включается» только в том случае, если оба «входящих» белка будут активированы. Таким же образом в компьютерах ведут себя цифровые сумматоры — они возвращают «истину» только в том случае, если оба входящих сигнала будут равны единице.

Затем биологи вывели несколько штаммов кишечной палочки с этими генами, и проверили, как они будут реагировать на сигнальные молекулы. Кишечные палочки из штамма MC1061 оказались самыми «цифровыми» — они «включали» и «выключали» нужные гены предсказуемым образом при изменении концентрации управляющих веществ.

Ученые проверили работу своей «цифровой бактерии», вводя различные комбинации сигнальных молекул в питательную среду. Как и ожидалось, культура вычислительных микроорганизмов выдавала положительный «химический» ответ только в том случае, если оба сигнальных вещества, обозначающих «истину» на входах логического «И», присутствовали в питательной среде в достаточно высокой концентрации.

В ходе следующего эксперимента биологи несколько модифицировали бактерию — они добавили к логическому «И» операцию «НЕ», вставив в бактерию ген, который блокировал передачу сигнала из оператора «И», когда он был равен единице.

В обычных цифровых устройствах вентили «НЕ» превращают единицы в нули, а нули — в единицы. Как отмечают ученые, обратное «И» — комбинация из «И» и «НЕ» — является основой современных вычислительных устройств, так как из них можно собрать все остальные логические операторы — «ИЛИ», «И» и исключающее «ИЛИ», как и простейшие арифметические модули.

Бак и его коллеги протестировали работу новых бактерий по той же методике, что и в первый раз. Штамм «цифровых бактерий» вел себя так, как предсказывали теоретические выкладки.

Согласно выводам ученых, количество логических устройств и их архитектуру можно легко расширять и изменять при наличии генов и белков, которые не будут нарушать жизнедеятельность бактерии-”вычислителя”.

Comments
Leave a Response
XHTML: You can use these tags: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>