Биокомпьютеры становятся реальностью

Биокомпьютеры — это модифицированные биологические объекты, которые выполняют заложенный в них «биопрограммистом» код. С биокомпьютерами связаны большие надежды ученых. Например, биокомпьютеры могут помочь победить рак или значительно продлить жизнь человека. К сожалению, до недавнего времени биокомпьютинг развивался очень медленно из-за огромного количества нерешенных проблем. И вот недавно ученые из университета Цюриха разработали несколько новых биокомпонентов, которые позволят совершить прорыв в этой области уже в ближайшее время.

Коллектив, возглавляемый профессором синтетической биологии в ETH Zurich (Базель, Швейцария) Яаковом Бененсоном (Yaakov Benenson), разработал несколько новых компонентов биологических схем, которые, по мнению исследователей, могут стать строительными блоками для программируемых и точно работающих биокомпьютеров. Сделанные из биологических материалов такие устройства можно будет встраивать в живые клетки для изменения их функций: в клетки новообразований — препятствуя их бесконтрольному делению, и в стволовые клетки — перенацеливая их на формирование различных органов.

Компоненты биокомпьютера

За минувшие две декады работ в этом направлении, ученые не слишком преуспели, и на пути создания надежных биокомпьютеров по прежнему остается множество узких мест. Одно из них, наличие в биологических цепях, помимо двоичных «0» и «1», различных промежуточных состояний. Биосенсоры иногда срабатывают самопроизвольно, без изменений на входе, когда же несколько таких ненадежных элементов соединены в цепь, проблемы возрастают многократно.

Главным достижением инженеров ETH Zurich стала разработка биологических цепей, которые используют внутренние «таймеры» для контроля активности индивидуальных сенсоров. Датчик постоянно находится в цепи в неактивном состоянии и приводится в действие управляющим сигналом, лишь когда в нем возникает необходимость.

Более подробно об это рассказывает публикация в журнале Nature Chemical Biology.

Биосенсоры состоят из синтетических генов, которые считываются энзимами и преобразуются в РНК и белки. В управляемом биосенсоре ген, отвечающий за выходной сигнал, в базовом состоянии неактивен, так как находится в неправильном положении по отношению к ДНК схемы. Активирующий фермент, рекомбиназа, извлекает ген из цепочки ДНК и вновь встраивает его уже в правильном положении.

«Входящие сигналы могут передаваться гораздо более точно, чем прежде, благодаря точному контролю времени срабатывания в схеме», — пояснил Бененсоном.

«В электронике различные компоненты всегда соединяются одинаково: через провод, по которому течет ток, — пишет в статье профессор. — В биологии существует множество различных сигналов для разных белков и молекул микро-РНК». Соединение нескольких биокомпонентов невозможно без промежуточных преобразователей последовательностей сигналов.

Такой универсальный конвертор сигналов был создан сотрудницей Бененсона, Лаурой Прохазка (Laura Prochazka), о чем сообщил журнал Nature Communications. Это устройство представляет особенный интерес поскольку преобразует не только один сигнал в другой, но и множество входящих сигналов в множество выходящих.

Новая биологическая платформа, по мнению разработчиков, способна расширить круг приложений биологических схем, и, в частности, сделать биокомпьютеры программируемыми в современном смысле этого слова.