Створені бактерії-комп'ютери, здатні обробляти інформацію і зберігати її у своєму генетичному коді
Вчені-біоінженери з Массачусетського технологічного інституту (Massachusetts Institute of Technology, MIT) створили особливий вид бактерій, які діють як крихітні комп'ютери, обробляючи надходять сигнали і зберігаючи отримані результати у своєму генетичному коді. Ці бактерії ведуть себе як досить складні логічні схеми, що реагують на вхідні з навколишнього середовища сигнали і виконують певні дії, наприклад, виробляють білок певного виду, при наявності одного або комбінації сигналів, на які вони налаштовані. А здатність клітин мікроорганізмів зберігати інформацію в генетичному коді дозволить створити на їх основі різні біохімічні датчики, різні елементи біовиробництва або засоби програмування стовбурових клітин та клітин інших тканин.
Вченим раніше вдавалося створити різноманітні варіанти мікроорганізмів, що функціонують способом, схожим зі способом роботи звичайних електронних схем. Ці мікроорганізми є біологічним варіантом логічних елементів, частин схем, які перетворять за певним законом вхідні сигнали у вихідний сигнал. Але нові мікроорганізми, розроблені вченими MIT, здатні під впливом вхідних сигналів не тільки виробляти вихідний сигнал, але і зберігати його в генетичній пам'яті самого мікроорганізму.
"Майже всі попередні роботи в області синтетичної біології, про яких ми знаємо, були спрямовані на створення окремих логічних елементів або комірок пам'яті, які займаються тільки зберіганням інформації" - розповідає Тімоті Лу (Timothy Lu), провідний вчений-біоінженер, - "Але об'єднання логічних функцій і функцій пам'яті в одному елементі дозволить реалізувати складніші і більш функціональні біологічні обчислювальні системи. Саме тому ми і створили нову складну бактерію, яка є примітивним биокомпьютером, здатним обробляти і зберігати інформацію".
Для досягнення поставленої мети дослідники спроектували на генному рівні бактерію, яка виробляє ферменти-рекомбиназы (recombinases), завдяки яким у відповідь на два зовнішніх біохімічних сигналу в генетичний код бактерії будуть вставлені два різних фрагмента ДНК. Крім цього виробництво ферментів-рекомбиназ служить сигналом для клітини, яка у відповідь на нього починає виробляти зелений флуоресціюючий білок (green fluorescent protein, GFP), який є вихідним сигналом цієї клітини. Після того, як клітина вмирає, вчені можуть отримати і розшифрувати ДНК, отримавши всі записані туди дані.
Особливо варто відзначити, що на основі таких бактерій можна створювати датчики і системи, що володіють дуже довгостроковою пам'яттю, записана і генетичний код інформація передається від покоління мікроорганізмів до наступного покоління, залишаючись незмінною принаймні протягом життя 90 наступних поколінь.
Подібні технології можуть послужити для того, щоб запрограмувати клітини функціонувати певним чином, відмінним від звичайного функціонування клітин даного виду. Це дозволить, використовуючи відповідні хімічні "сигнали" домогтися виробництва з клітин-заготовок клітин необхідного типу, які самі виробляють біопаливо, лікарські препарати та інші необхідні речовини.