Из кишечной палочки сделали биокомпьютер
Как сообщает редакция журнала Nature, группе генетиков из Гарвардского университета удалось превратить кишечную палочку в своего рода биологический компьютер. На базе бактерии даже создали логическую схему, роль электрических сигналов в которой исполнили молекулы РНК.
Стоит сказать, что созданием биологических компьютеров ученые занимаются достаточно продолжительное время. Уже удалось создать множество компьютеров на основе ДНК. Более того, в США уже успешно «собран» биокомпьютер, объединяющий в себе бактерии разных штаммов. Но, несмотря на все успехи в этой области, у ДНК-компьютеров есть один существенный недостаток. Все участвующие в процессе работы цепочки ДНК исполняют строго определенную функцию. То есть без изменения структуры молекулы ДНК заставить биологический компьютер выполнять новое действие не выйдет. Поэтому до сегодняшнего дня ученые собирали простые биокомпьютеры, выполняющие по одной логической операции за такт.
Эксперты из Гарварда пошли иным путем. Вместо ДНК они использовали короткие молекулы РНК. Такой подход позволил им создать биокомпьютер, способный исполнять все функции полупроводниковых процессоров. Молекулы РНК бактерий имеют форму «булавок». Эти «булавки» меняют форму, когда к ним присоединяется другая молекула РНК с подходящим набором «булавок». Форма РНК определяет, может ли рибосома прочитать ее и собрать белковую молекулу, которая заставляет клетку подать определенный сигнал. Комбинируя разные типы «булавок» на концах молекулы РНК, можно добиться на выходе разных сигналов и, соответственно, создать аналоги логических элементов полупроводниковых схем. Ученые из Гарварда создали несколько универсальных вычислительных блоков из молекул РНК, способных обрабатывать все четыре базовых логических операции и проверять любые логические выражения. Затем, удостоверившись, что это работает, они объединили несколько блоков в систему из 444 звеньев, исполняющую 12 логических операций и обрабатывающую пять разных химических сигналов. Как рассказал один из авторов работы Ким Йонгмин,
«Нам даже удалось встроить два независимых друг от друга логических устройства в одну бактерию, которые выделяют два разных типа светящихся белков. Это открывает дорогу для создания биосенсоров, целиком умещающихся в одну клетку. Кроме того, подобную систему легко трансплантировать и в другие виды микробов».
Подобные биокомпьютеры могут быть использованы для наблюдений за процессами, происходящими внутри живых клеток, а также для создания датчиков мониторинга за состоянием здоровья человека.