Logiikkaa elävissä soluissa

Elävien solujen täytyy jatkuvasti käsitellä informaatiota seuratakseen muuttuvaa ympäristöään ja saavuttaakseen asianmukainen vasteen.

Miljardien vuosien kokeilun ja erehdyksen kautta, evoluutio on päätynyt solutasolla tietynlaiseen tietojenkäsittelytapaan. Tietokonepiireissä toimitaan yksiselitteisillä nollilla ja ykkösillä mutta soluissa DNA, proteiinit, lipidit ja sokerit ovat järjestyneet monimutkaisiin ja lokeroituineisiin rakenteisiin.

Mutta tutkijat - jotka haluavat hyödyntää solujen elävinä tietokoneina, jotka voivat reagoida tautiin, tuottaa tehokkaasti biopolttoaineita tai kehittää kasvipohjaisia kemikaaleja - eivät halua odottaa evoluution muokkaavan heidän haluamansa solukkojärjestelmän.

Ryhmä University of Washingtonin synteettisen biologian tutkijoita on osoittanut uuden menetelmän digitaalisen informaation prosessointiin elävissä soluissa. He rakensivat synteettisten geenien joukon, jotka toimivat soluissa NOR-porttien tapaan. NOR-porteista voidaan koota eri järjestelyihin kaikenlaisia informaation käsittelyn piirejä.

Portit toteutettiin käyttämällä DNA:ta hiivasolujen sisällä. Kootut piirit ovat laajimmat, joita tähän mennessä on julkaistu eurkaryotitisissa soluissa, jotka, kuten ihmisen solut, sisältävät ytimen ja muita rakenteita, jotka mahdollistavat kompleksista käyttäytymistä.

Kehitettyyn solulogiikkaan sisältyi jopa seitsemän NOR-porttia koottuna sarjaan tai rinnan. Kukin NOR-portti koostuu geenistä, jossa on kolme ohjelmoitavaa DNA-sekvenssiä - kaksi toimien tuloina ja yksi on lähtönä.

”Tällaiset geneettiset ohjelmat voivat olla vuorovaikutuksessa solun ympäristön kanssa suoraan”, toteavat tutkijat. ”Esimerkiksi uudelleen ohjelmoidut solut potilaassa voisivat tehtävä kohdennettuja hoitopäätöksiä kaikkein keskeisimmissä kudoksissa, jolloin ei enää tarvita monimutkaisia diagnostiikkaa ja laaja-alaista lähestymistapaa hoitoa varten.”

Tämänkin kokoiset piirit voivat alkaa toteuttaa hyödyllistä toimintaa lukemalla informaatiota ympäristöään eri antureista ja suorittaa laskelmia päättääkseen oikeasta vasteesta. Kuvitellut käyttökohteet ovat muokatut immuunijärjestelmän solut, jotka voivat tunnistaa ja reagoida syövän markkereihin tai solumaiset biosensorit, joka voivat helposti diagnosoida tartuntatautia potilaan kudoksessa.

Aiheesta aiemmin:

Biologisia nanojohteita