Sünteetiline bioloogia toob bioloogilised transistorid ({{commentsTotal}})

Foto: Coverti laboratoorium
Foto: Coverti laboratoorium

Stanfordi ülikooli teadlased on loonud pärilikkusmaterjalist bioloogilised transistorid – transkriptorid, mida saaks kasutada raku sise- ja väliskeskkonna jälgimiseks ning selles toimuvate protsesside juhtimiseks ning võimendamiseks, pakkudes Boole'i loogikal põhinevatele loogikaskeemidele bioloogilisi vasteid.


Inglise matemaatiku George Boole'i järgi nimetud matemaatikaharus saavad muutujad võtta vaid tõeseid või vääraid väärtusi. Lihtsate loogikaväidete omavahel sidumisel saab ehitada keerukamaid loogikaskeeme. Näiteks edastada signaali vaid siis, kui kahest sisendist on mõlemad või ainult üks tõese väärtusega. Seni on selleks kasutatud valdavalt üha tillukesemaks muutuvaid pooljuhtmaterjalidest transistoreid, mis on Boole'i visioonis nähtud hoobadest ja hammasratastest siiski edasiminek.


Viimasel ajal on aga hakatud pöörduma sünteetilise bioloogia poole, mis omandab pärilikkusmaterjali üha suuremat kontrolli. Veebruaris demonstreeris näiteks MIT töörühm kõiki 16 võimalikku DNA'l ja spetsiaalsel ensüümil põhinevat kahe sisendiga loogikaväravat. Hiljuti ajakirjas Science ilmunud töös rakendab Drew Endy juhitud töörühm sarnast lahendust, kasutades selleks looduses leiduvaid integraasideks kutsutavaid valke, mitte mRNA molekule, nagu eelnevad lahendused. Kasutatud proteiinid on suutelised kontrollima mööda DNA-ahelat liikuvat RNA polümeraasi, mis viib läbi viimase alusel RNA sünteesimist.


Transkriptor toimib seega signaali võimendina ning seda on võimalik panna reageerima pea ükskõik millisele biokeemilisele stiimulile. Juba väga väike muutus integraasi avaldumises on suuteline mehhanismi läbi mõjutama kahe juhuslikult valikut geeni avaldumist. Eelnevalt oli Endy töörühm suutnud leida lahenduse DNA'd kasutades digitaalset informatsiooni talletada ning seda vajadusel ka ülekirjutada. Teine lahendus lubab soovi korral informatsiooni ka teistesse rakkudesse edastada. Kombineerituna on olemas seega kõik bioloogilise arvuti ehitamiseks tarvilik.


Töörühm ehitas kontseptsiooni tõestuseks 'AND' ja 'OR' loogikavärava. 'OR' väravaga varustatud E. Coli rakud hakkasid selle tõttu rohelist helenduma juhtudel, kui selle ümbruses leidus suhkrut. 'AND' värava korral toimus reaktsioon juhul, kui rakk tajus nii suhkrut kui ravimit. Isegi võimalus kasutada ainult kahte sisendit pakub teadlastele viisi, mille abil rakke programeerida. Näiteks panna need jagunema ainult teatud tingimuste olemasolul.


Töörühma uurimus ilmus ajakirjas Science.

Toimetas Jaan-Juhan Oidermaa


Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: