Цифровая эволюция: ДНК «оживит» компьютеры
Транзисторы в корне изменили мир и дали нам электронику и компьютеры. Теперь же исследователи изготовили биологический транзистор из ДНК, который можно использовать для создания «живых» компьютеров.
Транзистор – это устройство, которое контролирует поток электронов в электрической схеме и выполняет функции двухпозиционного выключателя. По такому же принципу работает и биологический транзистор, которому дали название транскриптор. Он контролирует поток фермента во время его движения вдоль нити ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты). Эти клеточные строительные блоки можно использовать для выполнения каких-либо действий, таких как отслеживание состояния своей среды и включение или отключение процессов в клетках.
«Транскрипторы – это основные компоненты для развития генетических логических схем», - рассказывает автор исследования Джером Боннет, биоинженер из Стэнфордского университета. Сами по себе эти устройства не являются компьютерами, но они дают возможность выполнять логические операции, такие как команды «если – то», являющиеся основными функциями компьютеров (еще две из них включают хранение и передачу информации).
Для изготовления транскрипторов исследователи взяли группу природных белков – клеточных «рабочих лошадок» - и использовали их для контроля движения фермента под названием РНК-полимераза вдоль молекулы ДНК. Ученые применили эти транскрипторы, чтобы создать математические операторы, выполняющие вычисления при помощи булевой логики.
Единицы и нули
Булева логика, названная в честь математика Джорджа Буля, жившего и работавшего в 19 столетии, охватывает отрасль математики, в которой переменные могут иметь значения «ИСТИНА» или «ЛОЖЬ» (1 или 0). В булевых схемах логические элементы похожи на регулировщиков движения, решающих, какие значения будут передаваться.
Например, элемент «И» принимает две входящих величины и выводит 1 («ИСТИНА»), если они обе имеют значение 1. Напротив, элемент «ИЛИ» выводит 1, если какая-либо из входящих величин имеет значение 1. Сочетая различными способами эти простые элементы, можно получить самые сложные формы вычислений.
Ученые создали биологические версии этих логических элементов при помощи точной настройки потока фермента вдоль нити ДНК (аналогично электронам в электропроводе). Они выбрали фермент, который сможет действовать в бактериях, грибах, растениях и животных, а потому биологические компьютеры можно будет изготавливать из целого ряда различных организмов.
Живые компьютеры
Аналогично транзисторам, одной из основных функций транскриптора является усиление сигналов. Подобно устройствам в радиоприемнике, которые усиливают слабые радиоволны до слышимых звуков, транскрипторы могут внести небольшое изменение в производство фермента, что станет причиной значительных изменений в производстве других белков. Такая амплификация позволит переносить сигналы на значительные расстояния, например, между группами клеток.
Новая технология предлагает ряд поразительных возможностей, например, распознать, когда клетка подверглась воздействию сахара или кофеина, и сохранить эту информацию в памяти компьютера аналогично цифровым данным. Или же дать команду клеткам начать или прекратить деление в зависимости от внешних раздражителей.
Исследователи открыли свободный доступ к биологическим логическим схемам, чтобы дать обществу возможность использовать и улучшать их.
Источник: Livescience
- < Специальный браслет подскажет, чистые ли руки у вашего врача
- Первая в мире цифровая камера, которую можно заряжать солнцем и своими руками >
Комментарии: