Stanford lager biologiske transistorer, det siste trinnet mot datamaskiner inne i levende celler

DNA-lagring

Bioingeniører ved Stanford University har laget den første biologiske transistoren laget av genetiske materialer: DNA og RNA. Kalt 'transkriptoren', denne biologiske transistoren er den siste komponenten som kreves for å bygge biologiske datamaskiner som fungerer inne i levende celler. Vi er nå pirrende nær biologiske datamaskiner som kan oppdage endringer i en celles miljø, lagre en oversikt over den endringen i minnet laget av DNA, og deretter utløse en slags respons - si, befale en celle å slutte å produsere insulin, eller til seg selv -destruere hvis kreft oppdages.

Stanfords transkriptor er egentlig den biologiske analogen til den digitale transistoren. Der transistorer kontrollerer strømmen av elektrisitet, kontrollerer transkriptorer strømmen av RNA-polymerase når den beveger seg langs en DNA-streng. Transkriptorene gjør dette ved å bruke spesielle kombinasjoner av enzymer (integraser) som styrer RNAs bevegelse langs DNA-strengen. 'Valget av enzymer er viktig,' sier Jerome Bonnet, som jobbet med prosjektet. 'Vi har vært nøye med å velge enzymer som fungerer i bakterier, sopp, planter og dyr, slik at bio-datamaskiner kan konstrueres i en rekke organismer.'

XOR-gate-laget-ut-av-transkriptor-biologisk-transistorSom en transistor, som gjør det mulig for en liten strøm å slå på en større, er en av nøkkelfunksjonene til transkriptorer signalforsterkning. En liten endring i enzymets aktivitet (transkriptorens gate) kan forårsake en veldig stor endring i de to sammenkoblede genene (kanalen). Ved å kombinere flere transkriptorer har Stanford-forskerne opprettet en komplett pakke med Boolean Integrase Logic (BIL) porter - den biologiske ekvivalenten til AND, NAND, OR, XOR, NOR og XNOR logiske porter. Med disse BIL-portene (ordspill muligens ment), kan en biologisk datamaskin utføre nesten beregning inne i en levende celle.



Du trenger mer enn bare BIL-porter for å lage en datamaskin. Du trenger også et sted å lagre data (minne, RAM), og noen måte å koble alle transkriptorene og minnet sammen (en buss). Heldigvis, som vi har dekket noen ganger før, har mange forskningsgrupper lagret data i DNA - og Stanford har allerede utviklet en genial metode for å bruke M13-viruset til å overføre DNA-strenger mellom celler. (Se: Harvard sprekker DNA-lagring, klemmer 700 terabyte data i ett gram.) Kort sagt, alle byggesteinene til en biologisk datamaskin er nå på plass.

En XOR-port laget av transkriptorerDette er ikke å si at svært funksjonelle biologiske datamaskiner vil komme i kort rekkefølge, men vi bør absolutt begynne å se enkle biologiske sensorer som måler og registrerer endringer i en celles miljø. Stanford har bidratt med BIL-gateutformingen til det offentlige, som skulle tillate andre forskningsinstitutter, som Harvard’s Wyss Institute, å også begynne arbeidet med den første biologiske datamaskinen. (Se: Jakten på genomet på $ 1000.)

Men fremover er potensialet for ekte biologiske datamaskiner enormt. Vi snakker i hovedsak om fullt funksjonelle datamaskiner som kan føle omgivelsene, og deretter manipulere vertscellene til å gjøre omtrent hva som helst. Biologiske datamaskiner kan brukes som et tidlig varslingssystem for sykdom, eller rett og slett som et diagnostisk verktøy (har pasienten brukt overskytende mengder sukker, selv etter at legen ba dem om ikke å gjøre det?) Biologiske datamaskiner kunne fortelle vertscellene om å slutte å produsere. insulin, for å pumpe ut mer adrenalin, for å reprodusere noen sunne celler for å bekjempe sykdom, eller for å slutte å reprodusere hvis kreft oppdages. Biologiske datamaskiner vil trolig hindre bruken av mange farmasøytiske medikamenter.

Copyright © Alle Rettigheter Reservert | 2007es.com