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.
