Учёные построили аналог живой клетки из транзисторов
Специалисты из Массачусетского технологического института апробировали любопытный подход к моделированию биологических систем "в железе". Созданная ими схема с замечательной точностью воспроизвела ряд аспектов работы настоящей клетки.
Наряду с численным моделированием давно известны попытки построения логических микросхем, имитирующих сигналы и обмен веществ в клетках. Но обычно в таких экспериментах используется двоичная логика, а она лишь очень грубо отражает процессы, идущие в клетке.
Действительно, биологи знают, что если в клетке имеется определённое химическое вещество, происходят одни события, если оно отсутствует - другие. "Но сигналы в клетках - не единицы или нули, - говорит ведущий автор новой работы Рахул Сарпешкар (Rahul Sarpeshkar). - Это слишком упрощённая абстракция". Потому исследователи обратились к полузабытой аналоговой электронике. С её помощью экспериментаторы смоделировали два типа взаимодействий между белками и ДНК.
В необычной схеме использовались транзисторы, как и в цифровых системах, но только здесь у транзисторов было не два состояния (канал открыт или закрыт), а множество промежуточных, переходных состояний с проводимостью той или иной степени. Эти состояния можно было уподобить концентрациям веществ.
Чем больше вы хотите воспроизвести реакций, тем больше вам нужно транзисторов. Причём в случае с двоичными схемами это число нарастает лавинообразно. А аналоговые схемы позволяют обойтись очень скромным числом элементов.
Так в нынешнем исследовании учёные воспроизвели эффект постепенного увеличения концентрации двух различных белков внутри клетки. Оба белка заставляли клетку начать производить другие белки. Но действовали эти исходные вещества по-разному. Первое связывалось с ДНК, давая команду на увеличение синтеза, а второе деактивировало ещё один белок, который тормозил синтез. Оба этих процесса удалось воспроизвести в схемах, состоящих всего из восьми транзисторов каждая.
Конечно, в будущих исследованиях речь может пойти о моделировании сотен или даже тысяч реакций, что поможет биологам разобраться в тонкостях перекрёстного влияния множества биохимических сигналов. Сегодняшняя же работа просто показывает возможности аналогового подхода.
новости по теме
Южнокорейские учёные создали вирус, уничтожающий раковые клетки. Южнокорейские учёные создали вирус, который набрасывается на раковые клетки и уничтожает их, не затрагивая при этом здоровых клеток. Этот впечатляющий эксперимент продемонстрировали учёные из университета Йонсей (Yonsei University).
Ученые "починили" артерию стволовыми клетками. Учёные из Техасского института биомедицинских исследований в Сан-Антонио продемонстрировали, как эмбриональные стволовые клетки бабуина можно перепрограммировать для восстановления артерии.
Создан чип, содержащий миллиард транзисторов. Крупнейший на планете изготовитель интегральных микросхем - американская компания "Интел" - заявила, что используя новую производственную технологию, создала уникальный чип.
"Био-компьютер" создан внутри живой клетки. Ученым из Института технологий в Калифорнии разработали "био-компьютер" внутри одной-единственной живой клетки. Молекулы внутри клетки поддаются "программированию" и способны переносить команды внутри клетки.
Специалисты из Массачусетского технологического института апробировали любопытный подход к моделированию биологических систем "в железе". Созданная ими схема с замечательной точностью воспроизвела ряд аспектов работы настоящей клетки.
