Ученые из Института Вайса Гарвардского университета, специализирующиеся в области синтетической биологии, разработали живое программируемое биовычислительное устройство, основой которого являются самособирающиеся цепочки синтетической рибонуклеиновой кислоты (РНК). Цепочки РНК могут «ощутить» присутствие различных биомаркеров, биосигналов и выполнить запрограммированные логические операции, которые с высокой точностью управляют процессом производства определенных белков и других сложных органических соединений.
Такие синтетические биовычислительные устройства могут использоваться для производства лекарственных препаратов, чистых химреактивов и биотоплива. Помимо этого, их можно использовать для выявления агентов, вызывающих различные заболевания и для выработки веществ, подавляющих действие этих агентов, к примеру, такие биовычислительные устройства могут стать «мозгом» крошечных наномашин, способных выслеживать и атаковать раковые клетки.
Подобно цифровым электронным схемам, синтетические биологические цепи могут обрабатывать информацию и вырабатывать решения, используя базовые логические операции И, ИЛИ и НЕ. Однако, в отличие от электронных схем, сигналы и информация в данном случае представлены в виде наличия определенных белков и других химических соединений. А последовательность синтетической РНК, способной реагировать на определенные сигналы и производить необходимые действия, может быть легко рассчитана при помощи компьютера со специализированной программой.
Для проверки работоспособности биовычислительного устройства ученые внедрили их внутрь бактерий вида E. coli, которые обрели после этого способность светиться. При этом, уровень свечения бактерий прямо зависел от наличия и концентрации определенного набора химических веществ и от условий внутри живой клетки. Но исследователи утверждают, что механизм РНК-устройства будет также хорошо работать и вне пределов любой клетки-носителя.
Раствором с созданными РНК-устройствами может быть пропитана бумага, которую после этого можно будет использовать в качестве диагностического индикатора, способного указать на наличие заданных биологических сигналов.
А в своих дальнейших исследованиях ученые планируют создать на основе РНК-устройств аналоги нейронных сетей внутри живых клеток, биологические схемы, способные анализировать широкий ряд внешних сигналов и способные выполнять весьма сложные действия по заданной программе. Клетки, превращенные в сложные биологические компьютеры, смогут общаться друг с другом, используя запрограммированные молекулярные сигналы, объединяясь в единую сложную биологическую вычислительную систему.
Источник:
