Кишечную палочку превратили в вычислительное устройство

Ученые модифицировали геном кишечной палочки Escherichia coli таким образом, что бактерия превратилась в примитивное вычислительное устройство. Результаты работы исследователей опубликованы в журнале Science. В том же номере опубликована статья другого специалиста, в которой подробно описываются перспективы использования подобных "устройств" и перспективы синтетической биологии как таковой.  

Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) создали сразу две бактериальные системы. Обе они описаны в пресс-релизе на сайте MIT. В первой системе задействованы гены РНК-полимераз - ферментов, отвечающих за "перевод" генетической информации с языка ДНК на язык РНК. На матрице полученных молекул РНК синтезируются белки, кодируемые геном, с которого была считана РНК.  

Синтез самой первой РНК-полимеразы в системе запускается стимулом извне - например, добавлением в среду, где растут бактерии, сахара. Новообразованная полимераза не работает до тех пор, пока в клетку не поступит новый внешний стимул. Активизированный фермент инициирует считывание нового участка ДНК и производство второго продукта - также РНК-полимеразы. Последний использованный ген кодирует зеленый флуоресцентный белок (GFP). При облучении ультрафиолетом GFP флуоресцирует зеленым. По наличию флуоресценции можно определить, что система сработала. Всего в разработанной учеными системе три звена. Теоретически, звеньев может быть столько, сколько РНК-полимераз есть у бактерий. Система может быть остановлена и запущена много раз.  

Во второй системе использованы ферменты из класса ДНК-инвертаз. Эти белки вырезают из ДНК определенный кусок, поворачивают его "на 180 градусов" и вставляют обратно в ДНК. Внешний стимул запускает транскрипцию (считывание) гена первой инвертазы. После того, как будет синтезирован сам фермент, он переворачивает определенный кусочек ДНК таким образом, что транскрипция кодирующего фермент гена прекращается. Одновременно перетасовка последовательности ДНК подготавливает условия для транскрипции следующего гена (в перевернутом виде кусок последовательности гена второго фермента был перевернут). В этой системе, в отличие от предыдущей, произведенные действия "запоминаются".  

В обеих экспериментальных системах о прохождении каскада событий судили по появлению GFP. В перспективе работающие по такому же принципу бактериальные устройства могут совершать какое-то "полезное" действие. Например, синтезировать некий белок или же совершать "самоубийство".  

Системы, подобные этим двум, "попадают под юрисдикцию" относительно новой области науки - синтетической биологии. Цель этой науки - создание гибридных биолого-инженерных систем. Одной из таких систем являются созданные недавно бактериальные часы. Часы являются очень точными, к тому же, их можно "завести" на определенный период времени.