Генетические цепочки обладают функциями логики и памяти
Специалисты по синтетической биологии из Массачусетского технологического института создали «генетические цепочки», которые могут выполнять базовые логические функции в живых клетках. Кроме выполнения логических операций клетки бактерий, в которых находятся эти цепочки, могут запоминать результаты, поскольку они кодируются в клеточной ДНК и передаются на десятки поколений.
Такого рода цепочки можно использовать для создания долговременных датчиков состояния окружающей среды или для программирования стволовых клеток при их превращении в определенный тип.
Все предыдущие работы в этой области были сосредоточены либо на элементах логики, либо на памяти. Однако в разработанной коллективом МТИ схеме сочетается и первое, и второе. Доцент кафедры электротехники, кибернетики и биотехники Тимоти Лу (Timothy Lu) сообщил в пресс-релизе МТИ следующее: «Мы считаем, что в комплексных операциях будет сочетаться логика и память, и для этого мы создали данную схему».
В цепочках в синтетической биологии обычно используются взаимозаменяемые генетические компоненты, применяемые в сочетании для выполнения определенных функций. Их можно конструировать для выполнения целого ряда логических функций (все 16 функций бинарной логики), таких как схемы логического умножения и схемы логического сложения. В такой цепочке целевой химический реагент провоцирует конкретную реакцию, например, производство зеленого флуоресцентного белка.
Лу с коллегами хотел создать такую цепочку, которая бы безвозвратно изменялась под воздействием начального возбудителя, создавая таким образом память об этом событии. Они использовали цепи памяти из предыдущей работы Лу, которой он занимался в 2009 году. Там они основывались на энзимах рекомбиназы - белков, разрезающих, переворачивающих и вставляющих участки ДНК.
У цепей была функция памяти, встроенная в логические схемы. Это значит, что вводимые данные постоянно изменяли участки ДНК для производства зеленого флуоресцентного белка в разных объемах. Таким образом, память об активации логической схемы постоянно хранилась в последовательности оснований ДНК. Чтобы прочитать память, закодированную в клетках, ученые могут измерить объем белка.
Ученые сумели создать все двухкодовые логические схемы, используя набор стандартных компонентов, из которых можно собрать любую подпрограмму-функцию, используя одношаговую реакцию.
Такая методика позволяет жестче контролировать создание клеток, способных вырабатывать лекарственные вещества или биотопливо, поскольку ученые могут гибко управлять объемом производства. При этом им не нужны цепочки, которые постоянно подключены, и не нужен непрерывный ввод для управления объемом продукта. Такие цепочки могут также обеспечивать точной памятью датчики состояния окружающей среды.
Комментарии
Тезис неправильный.
Вернее будет - Тимоти Лу субъективно наделил генетические цепочки функциями логики и памяти. :)))
А ещё вернее будет прочитать оригинальную статью в Nature Biotechnology, а не журналистский перевод. Лично мне для поиска этой статьи понадобился 1 (один) запрос в Google ("Timothy Lu"). А после этого - 2 (два) клика мышкой по ссылкам на сайте The Synthetic Biology Group.
А уж после того, как Вы прочитаете оригинальную статью - можете комментировать. :)
Другими словами не нравится название;)))
А вообще все понятия вводятся человеком, для обозначения процессов и явлений. :) Что же касается названия "Synthetic circuits integrating logic and memory in living cells" - то раз и авторов, и рецензентов это название устроило, то и ладно. А вот журналистов не устроило, и они волевым решением переименовали в "Генетические цепочки обладают функциями логики и памяти". :)
На Full text у меня тоже нет доступа с домашнего компа. Но, в принципе, если интересно - можно написать авторам и попросить выслать. Опыт подсказывает, что народ практически всегда откликается и высылает.
С точки зрения биолога, клетка - это просто очень сложный механизм. Причём простейшую клетку (клетку какой-нибудь примитивной бактерии) уже, в принципе, можно сделать в лаборатории, взяв за основу неорганические вещества, которые стоят на полке в любой хим.лаборатории. Полноценный геном уже синтезировали года два назад (кажется, какая-то немецкая группа), правда, остальные запчасти (так сказать, периферию) они взяли из готовой бактерии. И этот геном прекрасно работал, и получилась полноценная бактерия с полностью синтетической ДНК. В принципе, и периферию можно синтезировать, а потом собрать всё это в полноценную бактерию. Может, кто уже и сделал - прогресс в молекулярке сейчас просто фантастический.
А при таком раскладе (известно, как функционирует механизм, и его можно полностью собрать из запчастей), можно и добавить что-то. Стандартные детали (я имею в виду отдельные гены - взятые из других организмов либо синтетические) добавляют/убирают уже давно и успешно, теперь пришла очередь нестандартных, полностью сконструированных человеком. :)
1) Живые клетки - это хоть и механизм, но механизм, способный к эволюции. У бактерий в лабораторных условиях, на каскаде проточных ферментёров очень значимые генетические изменения могут происходить буквально за первые десятки суток. Как будет эволюционировать бактерия, в которую интегрированы ""монстры", маскирующиеся под живую материю" (с), и умеющие взаимодействовать с геномом - фиг его знает. Хотя, скорее всего, популяция бактерий будет избавляться от этих "монстров" (если они хоть сколько-нибудь замедляют размножение бактерий). Но, вообще, вопрос интересный.
2) Ещё интересно, как такие полусинтетические бактерии поведут себя в природных экосистемах. Тут, теоретичес...
3) Чисто теоретически это открывает путь к созданию принципиально новых видов биологического оружия. Современное бакт.оружие (на основе природных либо генномодифицированных возбудителей) малоэффективно и годится только для мелких терактов. Если национальное здравоохранение мало-мальски развито, с эпидемией справятся быстро, а число жертв вряд ли превысит несколько тысяч или десятков тысяч человек. Шуму будет много, а боевой эффект - микроскопический.
Но вот в полусинтетическую бактерию можно вставить некие "закладки". Такие, чтобы она мирно незаметно размножалась и перезаразила всё население. Можно даже добавить в продукты питания, экспортируемые в эту страну. Правильно сконструированную бактерию не обнаружат СЭС, и продукты появятся на полках.
А затем, после определённого числа делений, "закладка" срабатывает, мирная бактерия (успевшая расползтись по организмам всего населения) превращается в патогенную, и эпидемия поражает всю страну разом. Здесь здравоохранение любой страны будет бессильно.
Но это так, теория. Тут на самом деле есть очень серьёзные "затыки" с точки зрения разработчиков.
"С точки зрения биолога, клетка - это просто очень сложный механизм." Уточню "грубо"- УГЛЕРОДНЫЙ механизм. Смешное определение - просто черный ящик.:)))
Добавлю. "С точки зрения биолога, процессор (компьютер) - это просто очень сложный КРЕМНЕЙВЫЙ механизм. Тоже черный ящик. :)))
Но мы грубо знаем как они работают.
Вам ближе микробы. Бактерии - это термодинамически открытые системы отслеживающие изменения внешних и внутренних термодинамических параметров.
Набила оскомину Рнк интерференция, но мы забываем о интерференции протеомв (нр. убикитинирующих и киназных каскадах) и интерференции иономов (нр. потенциалах покоя и действия) и т.д..
Другими словами живая клетка - это Аналоговый преобразователь изменения состояний внешней среды в текущее состояние метаболизма.
Компьюремы базируются на бинорной логике плюс-минус, да-нет, 0-1... Это редуцированная форма нашего сознани - формальная логика. Они могут эмулировать жизнь с определенной вероятность.
На мой взгляд, в отличие от аналоговой смистемы, которая выводы делает на основе анализа "ошибок", цифровые системы работают с "истинами". Для перехода требуются аналого-цифровые преобразователи. Условно говоря наши мозги анализируют мнимые части чисел, а машины - действительные. Компьютеры никогда не ошибаются - ошибаются программисты.:))))
Что сделал кореец. Он построил цифровое устройство на биохимической базе!!! Он строит ЦАПЫ на НЕКремниевой основе.
То о чем вы писали, искуственные машины на минимальных искуственных геномах - это просто повторение Творчества первого Демиурга (по Гнозису естественно):)))
Кореец - это второй Демиург.:)))
Просто представить Антимактдонольдсное поносное бактериологическое оружие на основе E.coli с опероном реагирующем на "кривые" жирнокислотные хвосты. Но трудно представить сосуществование двух разных по логике углеродных машин в пределах одной клетки и биосферы, а им...
Разумеется. :) Особенно хорошо это отслеживается на семинарах, где встречаются кондовые экспериментаторы (вроде меня) и кондовые теоретики (типа всяких биофизиков). Куча времени уходит на нахождение общего языка - после чего сплошь и рядом обнаруживается, что говорили об одном и том же. А уж если на семинар забредёт математик... Причём я говорю даже не о разной интерпретации, а об одинаковой интерпретации, но разными словами. А ещё бывает и разная интерпретация.
"живая клетка - это Аналоговый преобразователь изменения состояний внешней среды в текущее состояние метаболизма."
В первом приближении - да. Но в ней ещё и дополна автоколебательных процессов. Когда состояние среды не меняется, а метаболизм - меняется. Кроме того, там полно переключателей. И если переключатель сработал - то клетка включает соответствующую программу и уже не реагирует на окружающую среду, а тупо выполняет программу.
Вопрос сложный и неоднозначный. Как я уже сказал, в живых системах аналоговые механизмы вполне уживаются с бинарными переключателями. Скажем, если бацилла включила спорулон (оперон, отвечающий за образование споры), то она будет образовывать спору, хоть тресни. То же самое - в экосистемах. Там ответы на воздействие могут быть аналоговыми, а могут - чисто бинарными (фазовый переход). То же касается тех белков (а таковых - много), которые могут существовать только в двух конфигурациях (конформациях), причём переключение из конфигурации в конфигурацию осуществляется за счёт присоединения-отсоединения одного единственного иона либо за счёт поглощения одного единственного кванта света.
Да, и, кстати, насколько помню физиологию (а помню я её крайне смутно), зрительный сигнал у высших позвоночных (т.е. млекопитающих и птиц) перед передачей в мозг тоже оцифровывается. У земноводных передаётся в аналоговом виде, а у высших - в оцифрованном, в виде пакета импульсов. При этом число импульсов в пакете пропорционально логарифму освещённости. А перед передачей эти логарифмы ещё и вычитаются друг из друга (вычитается фоновый цвет, но именно в логарифмах - это сделано для автобалансировки цвета, поэтому при самом разном освещении мы воспринимаем цвета адекватно, в отличии от старых фото/видеокамер).
"И если переключатель сработал - то клетка включает соответствующую программу и уже не реагирует на окружающую среду, а тупо выполняет программу." Зажарьте ее - не будет выполнять.:)))
А у корейцев - это будит голоя логическая цепь. Идеи Чучхе́ внутри клеток.:)))
Если А то В....Мне не нравится быть машиной:)))
Ну да ладно - жизнь покажет.
В общем, да. Хотя см. пример переключателей, которые срабатывают от одного иона (в простейшем случае - протона или электрона, или кванта). Правда, это - переключатели на уровне отдельных молекул, и область их действия обычно ограничивается этой одной молекулой, или группой молекул (если они запускают каскад реакций в соседних молекулах).
"Зажарьте ее - не будет выполнять.:)))"
Это - варварство. Как можно зажаривать клетку?!
/* сыто отдуваясь после ужина жареной печёнкой с картофельным пюре */
Хотя что-то в зажаривании клеток есть. Вот некоторые растительные клетки ничего так и в сыром виде, а животные, пожалуй, надо жарить или варить.
Если А то В....Мне не нравится быть машиной:)))"
Ну, от нынешнего уровня "химической киборгизации" клеток до подобной киборгизации организма - как от древнекитайских пороховых ракет до пилотируемого полёта на Луну. Так что нашему поколению точно ничего не грозит. :) Вдобавок, работа - южнокорейская, а они идеи Чучхе не исповедуют. А северным корейцам, которые исповедуют Чучхе, до подобных работ - как до той же Луны, но пешком. :)
А время пройдет и не заметим - уже завтра сингулярность.
Действие не может быть ограничено одной молекулой - это был бы холостой вкл-выкл. Переключатель АДФ/АТФ на активном центре актина меняет почти "всю топографию" прстранства внутри клетки.
Протонного канала - весь!!! мебранный потенциал на соответствующей мембране.
А может, оно и к лучшему? После повсеместного внедрения цифровых технологий в живые организмы сильно облегчится взаимодействие с компьютерами. Вдобавок, можно будет напрямую объединить свои мозги в сеть и создать сверхразум. :)
Ладно, у нас в Красноярске уже двенадцатый час ночи, пора спать. Спокойной ночи.