Биологи превратили кишечную палочку в биокомпьютер
Москва. 22 июля. INTERFAX.RU - Молекулярные биологи из Массачусетского технологического института превратили кишечную палочку в конечный автомат — систему, которая принимает одно из нескольких состояний в зависимости от внешнего воздействия. Более того, бактерии запоминали те операции, которые они выполняли, сообщает сайт N+1 со ссылкой на журнал Science.
Создать компьютер на основе бактерии ученым удалось благодаря биоинженерии. Биологи ввели в кишечную палочку плазмиды — небольшие кольцевые молекулы ДНК, существующие отдельно от геномных хромосом. На них находилась последовательность из нескольких генов, игравшая роль программы в эксперименте. В качестве ввода авторы использовали различные химические вещества, которые активировали ферменты-рекомбиназы. Последние модифицировали программы в плазмидной ДНК — некоторые участки вырезались, некоторые переворачивались "задом-наперед". В результате этого изменялся состав белков, которые синтезировала бактерия. Для наглядности авторы ввели в геном участки, кодирующие зеленый, красный и синий флуоресцентные белки.
Всего авторы создали два варианта организмов. Первый из них мог принимать два различных ввода и, в зависимости от последовательности вводов находиться в пяти различных состояниях. Второй мог распознавать три различных вещества в качестве ввода и находиться в 16 различных состояниях. В роли вводного сигнала биологи выбрали антибиотик-аналог тетрациклина, арабинозу (сахар) и препарат DAPG. Состояние бактерии можно определить по свечению вырабатывающихся флуоресцентных белков. Например, при введении двух веществ в одном порядке бактерия светилась в красном и зеленом диапазонах, а при изменении порядка введения тех же самых веществ — в красном и синем.
Интересно, что ДНК одновременно и хранит информацию о введенных веществах и контролирует синтез флуоресцентных белков. Для колонии бактерий с двумя вводами и пятью состояниями по меньшей мере 97 процентов организмов реагировали ожидаемым образом на внешний раздражитель. Для более продвинутых бактерий-компьютеров "правильно" реагировали не менее 88 процентов организмов.
По словам ученых, такие биологические компьютеры помогут лучше разобраться в том, как происходит дифференциация клеток, например, превращение стволовых клеток в клетки тканей организма. Хотя факторы, регулирующие эти процессы, хорошо известны, то, как их воздействие в организме организовано во времени, изучено плохо. Конечные автоматы помогут выяснить, в какой последовательности вещества запускают процессы в клетках.
Это не первый случай использования живых организмов для создания вычислительных систем. Так, ранее та же группа ученых заставила бактерии выполнять различные логические операции аналогичным образом.