writerira, 14.02.2013 с 0 комментариев

Клеточные схемы МТИ выполняют логические функции и помнят свое прошлое.

Бактериальные клетки, которые выполняют обязанности датчиков в теле могут стать весьма полезными для клинической медицины в будущем. Ранее клетки уже использовались для специфических реакций на определенный раздражитель, который может быть обнаружен извне. Теперь исследователи из Массачусетского Технологического Института (МТИ) разработали синтетические генетические схемы(цепи) внутри живых клеток, которые имеют булевые логические вентили, а также функцию памяти, чтобы запомнить результат.

Биты памяти в конечном итоге хранятся внутри  ДНК клетки и передаются дальше своему потомству на десятки поколений, так что это долгосрочное считывание памяти  возможно без надобности  сохранять индивидуальные клетки живыми на неопределенный срок.

Некоторые подробности из Массачусетского технологического института:

Цепи также могут быть разработаны для любого типа булевой логической функции, такие как AND(и) гейты и OR(или) гейты. Используя  эти виды вентилей, схемы могут обнаружить  множественные вводы. В большинстве ранее разработанных  клеточных логических схем, конечный продукт создавался только до тех пор, пока присутствовали оригинальные раздражители.  Как только они исчезали, схема отключалась до появления другого раздражителя.

Лу и его коллеги намереваются разработать схему, которая будет, необратимо изменена оригинальными раздражителями, создавать постоянную память об этом событии. Чтобы сделать это, они опирались на схемы памяти, что Лу и его коллеги разработали в 2009 году. Эти схемы зависят от ферментов, известных как рекомбиназы,  которые могут вырезать участки ДНК, перевертывать их, или вставлять их. Последовательная активация этих ферментов позволяет схемам рассчитывать цепи событий, происходящих внутри клетки.

Лу разработал новые схемы так, что функция памяти встраивается в логический вентиль сама. С типичным клеточным AND(и) гейтом, необходимы два ввода для активации белков, которые вместе включают  выделение выходящих генов. Тем не менее, в новых  схемах, входы стабильно изменяют участки ДНК, которые контролируют производство GFP . Эти участки, известные как промоутеры, набирают клеточные белки, ответственные за переписывание гена GFP в информационную РНК, которая затем управляет белковыми комплексами.

Например, в одной схеме, описанной в статье, две последовательности ДНК, называемые терминаторами, расположены между промоутером и выходящим геном (GFP, в данном случае). Каждый из этих терминаторов подавляет транскрипцию выходящего гена и  может быть перевернут  ферментом рекомбиназой, что делает терминатора неактивным.

Каждый из двух вводов схемы запускает производство одной из рекомбиназ, необходимых, чтобы перевернуть терминатор.Если один из вводов отсутствует,  производство GFP блокируется. Если присутствуют оба, то оба терминаторы переворачиваются, в результате чего происходит их инактивация и последующее производство GFP.

Если последовательности ДНК-терминаторов однажды перевернулись, они не могут вернуться в исходное состояние — память активации логического вентиля постоянно хранится в последовательности ДНК. Последовательность также передается как минимум на 90 поколений. Ученые, желающие прочитать историю клетки, также могут измерить ее выходящий GFP-ген, который будет сохраняться там постоянно, или если клетка умерла, они могут получить память, сделав секвенирование (определение последовательности аминокислотных остатков) ее ДНК.