Ihmissoluista prosessoreita ja DNA:sta kytkimiä

Hebrew Universityn tutkijat ovat kehittäneet tavan ohjelmoida ihmissoluja suorittamaan laskelmia ja tekemään itsenäisiä päätöksiä samalla tavalla kuin tietokonesirut toimivat.

Tohtoriopiskelija Keren Roas ja tohtori Lior Nissim loivat ihmissolujen sisään keinotekoisia geneettisiä järjestelmiä, jotka pystyvät käsittelemään informaatiota ja noudattamaan monimutkaisia ohjeita. Tulevaisuudessa tämä edistysaskel voisi auttaa tiedemiehiä rakentamaan älykkäämpiä solupohjaisia hoitoja sairauksiin, kuten syöpään.

"Uusi lähestymistapamme mahdollistaa solujen monimutkaisten ohjelmien suorittamisen käyttämällä aiempaa paljon vähemmän laskelmia ja geneettisiä rakenneosia", sanoi tohtori Nissim.

Tutkijat käyttivät luonnollista prosessia, jota kutsutaan RNA-transsilmukoinniksi, jossa geneettisten viestien osia voidaan yhdistää solun sisällä ja yhdistää se heidän kehittämiinsä luonnollisiin ja keinotekoisiin säätelyelementteihin. He suunnittelivat erityisiä molekyylitason työkaluja, jotka toimivat biologisten prosessorien tavoin.

Teknologian demonstroimiseksi tiimi rakensi biologisia laitteita, jotka toimivat samalla tavalla kuin tietokoneen osat. Yksi esimerkki oli biologinen "täysi summain", joka voi suorittaa yksinkertaista binäärimatematiikkaa, samalla tavalla kuin sama 3-bittinen yksikkö tietokoneen prosessorissa.

Teknologiaa voitaisiin jonain päivänä käyttää älykkäiden terapeuttisten solujen luomiseen, jotka tarkkailevat jatkuvasti ympäristöään ja reagoivat sen mukaisesti. Esimerkiksi ohjelmoitu solu voisi tarkistaa useita tautimarkkereita ja käynnistää hoidon vain, kun tietty yhdistelmä havaitaan.

Münchenin teknillisen yliopiston tutkijat ovat kehittäneet kaksitasoisen DNA-origami-kytkimen, jota voidaan aktivoida suurella tarkkuudella ja toistettavuustasolla useiden kytkentäjaksojen aikana.

Ohjaavaa sähkökenttää tarvitsee kohdistaa vain millisekunnin ajan tilasiirtymän aikaansaamiseksi. Sähkökentän puuttuessa systeemi pysyy vakaasti lukittuna toiseen kahdesta vaihtoehtoisesta tilastaan useiden tuntien ajan huolimatta nanoskaalassa vallitsevista Brownin liikkeistä.

Tutkijoiden mukaan tulokset osoittavat toisiinsa sopivien kaksitasoisten mekanismien olevan tehokas suunnittelustrategia sähköisesti toimiville DNA-nanorobottisille järjestelmille. Saavutus osoittaa myös, kuinka yhteentoimivien makroskaalan mekanismien suunnittelukonsepteja voidaan siirtää molekyyliarkkitehtuureihin sähkömekaanisten rajapintojen toteuttamiseksi tulevaisuuden bioelektronisille laitteille.

Sydneyn UNSW:n tutkijat ovat rakentaneet ensimmäisen keinotekoisen proteiinimoottorin, joka kykenee ottamaan hallittuja, suunnattuja askeleita DNA-uraa pitkin.

Tumbleweediksi nimetty proteiini liikkuu vuorotellen kolmen "jalan" välillä, jotka sitoutuvat tiettyihin DNA-sekvensseihin. Muuttamalla ympäröivää kemiallista ympäristöä tutkijat voivat hallita sekä moottorin askelten ajankohtaa että sen kulkusuuntaa.

Työ luo pohjan tuleville ohjelmoitavien proteiininanokoneiden sukupolville ja lopulta autonomisille synteettisille molekyylimoottoreille. Näille voi löytyä sovelluksia, kuten massiivisesti rinnakkainen biolaskenta, joka on energiatehokasta, kestävää ja skaalautuvaa.

Aiheesta aiemmin:

Miten saada norsu solun sisään

DNA ohjaa kokoamaan nanorobotiikan rakenteita