05.06.2012

Создан клеточный калькулятор

Учёные воссоздали внутри живой клетки логическую схему, выполняющую сложение.

В лаборатории Мартина Фуссенегера из Высшей технической школы Цюриха (Швейцария) создан клеточный калькулятор — устройство, состоящее из одной-единственной клетки млекопитающего, которое может выполнять логические операции. Учёным удалось сконструировать генетическую сеть, которая может обрабатывать входящие данные в соответствии с логическим оператором и в зависимости от полученного результата запускать некий метаболический процесс.

Основной проблемой было найти такие элементы, которые могли бы соединяться друг с другом в различных сочетаниях, в зависимости от исходных данных. В итоге исследователи создали молекулярно-генетические логические вентили, которые в качестве входного сигнала использовали антибиотик эритромицин и растительный полифенол флоретин. Таких логических структур было создано несколько; одна из них, к примеру, выполняла работу оператора AND. В этом случае и эритромицин, и флоретин должны были присутствовать вместе, чтобы логический вентиль их просуммировал. Когда оба компонента приходили к логическому вентилю, он переключал генетическую сеть на производство флюоресцентного белка, и клетка начинала светиться.

Как пишут исследователи в журнале Nature, комбинируя разные логические вентили, им удалось создать живые аналоги полусумматора и полувычитателя — основных логических схем, которые можно найти в любом калькуляторе. Такая клеточная система может работать со многими метаболическими продуктами одновременно, что отличает её от обычной вычислительной машины, имеющей дело только с электронами. Ранее уже сообщалось о логических операциях, которые могут выполнять коммутационные схемы из дрожжей или бактерий. Но на этот раз вся логическая схема оказалась упакована в одну клетку.

Клетки млекопитающих, ввиду их большей сложности, лучше подходят для этого, чем дрожжи или бактерии. Помимо огромного фундаментального значения, клеточный калькулятор может стать прорывом в медицине: стоит только представить, как такая логическая схема следит, например, за уровнем глюкозы в крови у диабетиков и в нужное время увеличивает синтез инсулина. Впрочем, пока что это остаётся областью научной фантастики — хотя и куда более научной, чем прежде.

Кирилл Стасевич

Источники:

1. КОМПЬЮЛЕНТА