Полученные в результате долгосрочных исследований специалистами по синтетической биологии модули-ДНК, выполняют решение логических операций в живой клетке. Использование «генетических схем», отслеживающих важнейшие моменты жизни клетки стало возможным, а передвинув генетический переключатель можно изменить её судьбу.
Концепции, присущие электронному машиностроению, постепенно переносятся в клеточную биологию. Одним из принципов переноса стало восприятие генетических функций клетки как компонентов электрической цепи. Происходит разработка учёными простых генетических модулей, реагирующих на сигналы, входящие по аналогии с булевыми логическими схемами, используемыми в компьютерах.
Изобретение синтетического переключателя, своеобразного «ускорителя» в развитии синтетической биологии, стало началом процесса, а появившееся с тех пор большое количество комбинаций с вычислительными схемами для клеток позволит создавать программируемые клетки, способные самостоятельно принимать решения. Но программирование клеток в больших масштабах возможно лишь при условии продвижения к решениям, делающим их действительно точной дисциплиной.
Основой разработанных логических модулей являются плазмиды – размещённые в клетках кишечной палочки кольцевые цепи ДНК. Все двузначные логические функции, доступные в вычислениях, теперь обеспечены своей собственной плазмидой (а всего их 16). У каждого соединения имеется функция, включающая стимулирующие и ограничивающие последовательности ДНК, начинающие и останавливающие транскрипцию генов. Предусмотрено использование гена выходного сигнала, которым возможно кодирование зелёного флуорисцентного белка. Кстати если Вас интересуют идеи бизнеса в Украине можем помочь.
Ключевой элемент системы – ферменты рекомбиназы, обрезающие и перестраивающие стимулирующие и ограничивающие последовательности ДНК, с тем, чтобы отключить или активировать их. Таким образом, использование ферментов рекомбиназы целесообразно в качестве входящих сигналов, определяющих момент к считыванию гена, содержащего исходящие данные.
Например, поступление положительного выходного сигнала, выдаваемого логическим элементом И, происходит только в случае подачи напряжения к обоим входным сигналам. В генетической версии считывание гена выходного сигнала происходит в случае нейтрализации обеих ограничивающих последовательностей между этим геном и стимулирующими последовательностями с помощью двух входящих сигналов в видеоферментах рекомбиназы.
Хотя использование подобным образом рекомбиназы ранее уже было в процессе записи данных в памяти ДНК, в нынешних исследованиях ДНК задействована самим процессом вычисления. Контроль изменяемой ДНК (регулирующим элементом) внутри клетки даёт возможность осуществлять логические схемы.
Судя по высказываниям независимых исследователей, уверяющих, что искусственные модули – это новый долговременный способ хранения информации в ДНК, причём «оцифрованный», следует вывод, что хранение множества данных с помощью логической схемы не вымысел. К примеру, с её помощью можно сохранить данные о функционировании клетки в двух различных средах.
Существует и другой ряд преимуществ системы. Поскольку изменение постоянного характера, существует вероятность получения информации из ДНК даже после смерти клетки. Передача видоизменённых плазмид происходит как минимум девятью десятками поколений клеток, что играет важную роль для биологов, ищущих ключи для раскрытия данных об истории клетки.
В биотехнологии подобные «клеточные переключения» позволят производителям вырастить клеточные культуры, отключенные основные гены в которых активируются сигнальным соединением в нужный момент, к примеру, это может быть начало производства препарата при наличии готовности системы, а с помощью других «переключателей» возможна остановка его производства по достижении лимита на производство.
