Nová biologická logická brána založená na bielkovinách môže vykonávať binárne výpočty a slúži ako prvá „bunková kalkulačka,“ tvrdia vedci...
Nová biologická logická brána založená na proteínoch môže vykonávať binárne výpočty, ktorá slúži ako prvá „mobilná kalkulačka“, hovoria vedci. Rôzne kombinácie komponentov môžu byť usporiadané do obvodových prvkov, čo vedie k špecifickým metabolickým procesom vo vnútri bunky. Nastavenie môže odpovedať na matematické otázky podobným spôsobom ako počítač.
Bioinžinieri vedení Martinom Fusseneggerom z ETH Zurich postavili molekulárnu logickú bránu pomocou dvoch látok ako tranzistorov prvky: molekula floretín, ktorý sa používa na aktiváciu nervových vlákien a pochádza z jabĺk, a široko používané antibiotikum erytromycín. Látky fungujú ako booleovské prepínače.
Tím použil proteíny, ktoré sa viažu na DNA a RNA, aby kontrolovali spôsob, akým boli určité gény exprimované v cicavčej bunke. To prinieslo „zariadenie na transkripciu a preklad“, niečo ako tranzistor DNA, ktorý tím mohol prepojiť na dokončenie rôznych úloh. V jednom príklade génová sieť fungovala ako brána AND. Aby to fungovalo, musia byť prítomné molekuly jablka aj „vstupy“ antibiotík. Génová sieť spúšťa tvorbu fluorescenčného proteínu, ktorý slúži ako „jeden“. Ak nie sú prítomné oba vstupy, bunka nebude fluoreskovať.
Kombináciou niekoľkých z týchto logických brán dokázal Fusseneggerov tím zostaviť obvody, ktoré by mohli vykonávať základné digitálne výpočty. Mohli dokonca vykonávať dva rôzne vstupné a výstupné signály paralelne. Praktickým účelom niečoho takého by bolo napríklad sledovanie metabolickej aktivity. Alebo mobilný počítač môže dokonca slúžiť ako biologické rozhranie s implantovaným elektronickým zariadením – budú hovoriť rovnakým jazykom jednotiek a núl.
„Jednotlivé cicavčie bunky schopné vykonávať základné molekulárne aritmetické funkcie izolované alebo koordinované s metabolickými aktivitami predvídateľne, presný a robustný spôsob môže poskytnúť nové liečebné stratégie a bioelektronické rozhrania v budúcich génových a bunkových terapiách, "tím hovorí.
Iní vedci už vytvorili obvodové prvky v kvasinkách a baktériách, ale v tomto príklade je všetko prítomné v jednej bunke, ktorá je sama o sebe zložitejšia ako predchádzajúce bunkové počítače.
Len minulý týždeň švédski vedci opísali stavbu prvého integrovaný chemický čip pre biologický materiál, ktorý by mohol slúžiť ako signálna dráha pre biologické obvody založené na iónoch a molekulách, a nie na elektrónoch a zakázaných pásmach. To by využívalo proteíny a DNA.
„Samozrejme, naša mobilná kalkulačka nie je ani zďaleka taká efektívna ako počítač,“ Fussenegger nesúhlasí.
Výskum sa objavuje v ranom online vydaní Príroda.
