Хабрахабр

[recovery mode] Учёные превратили клетку человека в двухъядерный биосинтетический процессор

image

Для этого они задействовали широко используемый в генной инженерии метод CRISPR-Cas9, когда белки Cas9 с помощью управляемых и, можно сказать, запрограммированных действий видоизменяют, запоминают или проверяют чужеродные ДНК. Группа исследователей из Высшей технической школы Цюриха в Швейцарии (ETH Zurich) смогли создать первый в истории биосинтетический двухъядерный процессор в клетке человека. А раз действия можно запрограммировать, то почему бы метод CRISPR не модифицировать для работы по аналогии с цифровыми вентилями?

Под воздействием белка Cas9 и в зависимости от подающихся в клетку цепочек РНК каждая из последовательностей вырабатывала свой уникальный белок. Швейцарские учёные во главе с руководителем проекта профессором Мартином Фуссенеггером (Martin Fussenegger) смогли встроить в клетку человека две ДНК-последовательности CRISPR от двух разных бактерий. По аналогии с цифровыми сетями разработанный швейцарскими учёными процесс можно представить в виде логического полусумматора с двумя входами и двумя выходами. Тем самым происходила так называемая управляемая экспрессия генов, когда на основе записанной в ДНК информации создаётся некий новый продукт ― белок или РНК. Сигнал на выходе (вариант белка) зависит от двух сигналов на входе.

Но клетки могут работать с высочайшей степенью параллелизма, за раз обрабатывая на входе до 100 000 молекул. Биологические процессы в живых клетках по скорости работы не могут сравниться с цифровыми вычислительными цепями. Такой компьютер может представить впечатляющую даже по современным меркам производительность. Представьте себе живую ткань с миллионами двухъядерных «процессоров». Но даже если отбросить в сторону создание «прямоходящих» суперкомпьютеров, встроенные в тело человека искусственные логические блоки могут помочь в диагностике и лечении заболеваний, включая онкологические.

В случае начала процесса появления метастазов, например, искусственные логические цепи могли бы начать вырабатывать подавляющие онкологические явления ферменты. Такие блоки могут обрабатывать на входе биологическую информацию в организме человека и генерировать как диагностические сигналы, так и фармакологические последовательности. Применений данному явлению множество, а реализация способна изменить человека и мир.

Он создан на основе модифицированной системы CRISPR/Cas9 и работает с любым количеством входящих сигналов в форме молекул РНК. Биологический процессор гибкий и понимает различные типы программирования.

В основе компьютеров лежат так называемые логические вентили, преобразующие входящие сигналы — И, ИЛИ, НЕ и другие. Управление экспрессией генов через генные переключатели — идея, заимствованная у цифровых технологий — давно считается одной из главных задач синтетической биологии. Такие же схемы биологи пытаются построить с помощью белковых генных переключателей в клетках, пишет Phys.org.

Более сложные вычислительные процессы в клетках возможны лишь при определенных обстоятельствах, при этом реализованы они ненадежно. Традиционно у них есть серьезные недостатки: они не слишком гибкие, поддерживают только самые простые программы и могут обработать только один входящий сигнал за раз.

Ядро созданного ими процессора образует особый вариант белка Cas9. Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха утверждают, что значительно продвинулись в создании полноценного «биологического вычислителя». Так можно программировать цепи внутри клеток человека — как цифровые полусумматоры, они состоят из двух входящих и двух исходящих сигналов и могут складывать два однозначных двоичных числа. В ответ на сигнал, который доставляют цепочки РНК, ЦПУ регулирует экспрессию отдельного гена, который, в свою очередь, создает заданный белок.

Они создали биологический двухъядерный процессор, интегрировав в клетку два ядра. Ученые не остановились на этом. — Представьте себе микроткань из миллиарда клеток, каждая из которых оснащена собственным двухъядерным процессором. Для этого они использовали компоненты CRISPR/Cas9 двух различных бактерий.
«Мы создали первый клеточный компьютер с больше чем одним процессором, — заявил профессор Мартин Фуссенеггер. Такой „вычислительный орган“ может, теоретически, обеспечивать вычислительную мощность, намного превосходящую цифровой суперкомпьютер, потребляя лишь небольшую часть нужной ему энергии».

Его научили вычислять кратность трем, сравнивать два числа, считать до 63 и рисовать заданные узоры. Недавно американские ученые показали прототип ДНК-компьютера, внутри которого — молекулы, кодирующие по шесть бит информации.

Источник:
www.sciencedaily.com/releases/2019/04/190416081416.htm
www.pnas.org/content/116/15/7214

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть