Биодизайнеры создали компьютер из рибонуклеиновой кислоты

Москва, 15:10, 27 Июл 2017, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

Междисциплинарная взаимосвязь биологии и техники, известная как синтетическая биология, быстро развивается, открывая новые перспективы, которые вряд ли можно было представить себе совсем недавно.

В новых исследованиях Алекс Грин, профессор Института биодизайна ASU, демонстрирует, как живые клетки могут быть использованы в виде крошечных роботов или компьютеров.

Результаты нового исследования имеют серьезные последствия для интеллектуального дизайна и разумных доставок лекарств, производства зеленой энергии, недорогих диагностических технологий и даже разработки футуристических наномашин, способных охотиться за раковыми клетками или отключать аберрантные гены.

Дизайнерская РНК

Ученый использует схемы, состоящие из рибонуклеиновой кислоты или РНК и похожи на обычные электронные схемы, самоорганизующиеся в бактериальных клетках, что позволяет им воспринимать входящие сообщения и реагировать на них, создавая определенный вычислительный выход (в данном случае белок).

В новом исследовании специализированные схемы, известные как логические затворы, были разработаны в лаборатории, а затем включены в живые клетки. Крошечные переключатели цепи срабатывают, когда сообщения (в виде фрагментов РНК) присоединяются к их комплементарным последовательностям РНК в сотовой схеме, активируя логический затвор и создавая желаемый выход.

Коммутаторы РНК могут комбинироваться различными способами для создания более сложных логических элементов, способных оценивать и реагировать на несколько входов, так же как простой компьютер может принимать несколько переменных и выполнять последовательные операции сложения и вычитания, чтобы достичь конечного результата.

Необходимые компоненты «рибокомпьютера» могут быть легко разработаны на компьютере. Простые свойства спаривания четырех четырехнуклеотидных букв РНК (A, C, G и U) обеспечивают предсказуемую самосборку и функционирование этих частей в живой клетке.

Чип Pentium от природы

Данная техника использует тот факт, что РНК, в отличие от ДНК, является одноцепочечной, когда она продуцируется в клетках. Это позволяет исследователям создавать схемы РНК, которые могут быть активированы, когда комплементарная цепь РНК связывается с открытой РНК-последовательностью в проектируемой схеме. Это связывание комплементарных нитей является регулярным и предсказуемым, причем A-нуклеотиды всегда спариваются с U и C, всегда спаривающимися с G.

Со всеми элементами обработки схемы, созданной с использованием РНК, которая может принимать астрономическое число потенциальных последовательностей, реальная мощность вновь описанного метода заключается в его способности выполнять много операций одновременно. Эта способность для параллельной обработки позволяет быстрее и сложнее вычислять при эффективном использовании ограниченных ресурсов ячейки.