Генетические цепочки обладают функциями логики и памяти

Генетические цепочки обладают функциями логики и памяти

Специалисты по синтетической биологии из Массачусетского технологического института создали «генетические цепочки», которые могут выполнять базовые логические функции в живых клетках. Кроме выполнения логических операций клетки бактерий, в которых находятся эти цепочки, могут запоминать результаты, поскольку они кодируются в клеточной ДНК и передаются на десятки поколений.

Такого рода цепочки можно использовать для создания долговременных датчиков состояния окружающей среды или для программирования стволовых клеток при их превращении в определенный тип.

Все предыдущие работы в этой области были сосредоточены либо на элементах логики, либо на памяти. Однако в разработанной коллективом МТИ схеме сочетается и первое, и второе. Доцент кафедры электротехники, кибернетики и биотехники Тимоти Лу (Timothy Lu) сообщил в пресс-релизе МТИ следующее: «Мы считаем, что в комплексных операциях будет сочетаться логика и память, и для этого мы создали данную схему».

В цепочках в синтетической биологии обычно используются взаимозаменяемые генетические компоненты, применяемые в сочетании для выполнения определенных функций. Их можно конструировать для выполнения целого ряда логических функций (все 16 функций бинарной логики), таких как схемы логического умножения и схемы логического сложения. В такой цепочке целевой химический реагент провоцирует конкретную реакцию, например, производство зеленого флуоресцентного белка.

Лу с коллегами хотел создать такую цепочку, которая бы безвозвратно изменялась под воздействием начального возбудителя, создавая таким образом память об этом событии. Они использовали цепи памяти из предыдущей работы Лу, которой он занимался в 2009 году. Там они основывались на энзимах рекомбиназы - белков, разрезающих, переворачивающих и вставляющих участки ДНК.

У цепей была функция памяти, встроенная в логические схемы. Это значит, что вводимые данные постоянно изменяли участки ДНК для производства зеленого флуоресцентного белка в разных объемах. Таким образом, память об активации логической схемы постоянно хранилась в последовательности оснований ДНК. Чтобы прочитать память, закодированную в клетках, ученые могут измерить объем белка.

Ученые сумели создать все двухкодовые логические схемы, используя набор стандартных компонентов, из которых можно собрать любую подпрограмму-функцию, используя одношаговую реакцию.

Такая методика позволяет жестче контролировать создание клеток, способных вырабатывать лекарственные вещества или биотопливо, поскольку ученые могут гибко управлять объемом производства. При этом им не нужны цепочки, которые постоянно подключены, и не нужен непрерывный ввод для управления объемом продукта. Такие цепочки могут также обеспечивать точной памятью датчики состояния окружающей среды.

Источник: inosmi.ru

Похожие новости:
Физики наблюдали квантовую запутанность в системе квазичастиц
Австрийские ученые наблюдали явление квантовомеханической запутанности и ее распространение в системе квазичастиц. Результаты своего исследования авторы опубликовали в журнале Nature, кратко с ними можно ознакомиться на сайте Инсбрукского университета имени Леопольда и Франца. Физики исследовали квантовые состояния цепочки ..
2014-07-12 1721 0 Научные открытия
0
Плесень из биокомпьютеров оказалась живым мемристором
Британские ученые обнаружили, что одноклеточные слизевики Physarum polycephalum обладают свойствами мемристоров, то есть меняют свое электрическое сопротивление в ответ на пропускание через них тока. Описание исследования выложено в архив Корнельского университета, также о нем пишет New Scientist. В ходе исследования ..
2013-06-18 1606 0 Научные открытия
0
Биотехнологи изобрели биоробота из ДНК
Британские и японские ученые собрали микроскопический "мотор" из нескольких молекул ДНК, который может передвигаться в произвольном направлении, считывать новые инструкции и корректировать свой курс в соответствии с ними.За последнее десятилетие биотехнологи разработали множество миниатюрных био-устройств, повторяющих ..
2012-01-24 1802 0 Научные открытия
0
Нейрофизиологи изучили, как мозг стирает из памяти
Попробуйте вспомнить навскидку самый неприятный эпизод своей жизни. Ссора с родителями? Мошенничество на экзамене? Первый ответ, каким бы он ни был, наверняка окажется слишком «мягким» — и в итоге неверным. Дело в том, что по-настоящему неприятные вещи нам удается забыть ..
2012-10-23 1797 0 Научные открытия
0
Физики заподозрили существование новой формы твердого вещества
Французско-американская группа физиков обнаружила, что поведение охлажденного сплава алюминия, железа и кремния одновременно напоминает поведение кристаллов и стекол, но не является ни тем ни другим, ни даже квазикристаллом. Новую высокоупорядоченную форму вещества ученые назвали q-стеклом, ее описание опубликовано в журнале Physical ..
2013-08-10 2105 0 Научные открытия
0
Ученые изучают мусорные ДНК человека
Большая часть человеческого генома представлена так называемым "мусорным ДНК" - свободными обрывками генетического кода. Последние исследования международной научной группы показали, что существенная часть этого материала образована ДНК различных вирусов. Под руководством профессор биологии Седрика Фескотта ..
2012-10-22 2578 0 Научные открытия
0
Крупнейшее исследование выявило 74 предпосылки рака
Для проведения крупнейшего исследования онкологических заболеваний объединились ведущие специалисты из Кэмбриджа (University of Cambridge) и лондонского Института изучения рака (ICR). Они проанализировали ДНК 200 тысяч людей, половина из которых страдала онкологическими заболеваниями, а другая половина была здорова. Сравнение была ..
2013-03-29 2526 0 Научные открытия
0
Раскрыт механизм человеческой памяти
Исследователи из Массачусетской общей больницы под руководством Джошуа Роффмана (Joshua Roffman) выяснили, как дофаминовые рецепторы обеспечивают функционирование рабочей или оперативной памяти в мозге людей. В частности, было показано, что дофамин перенаправляет когнитивные ресурсы на поддержание необходимых функций мозга. ..
2016-06-05 2741 0 Научные открытия
0
Объяснено происхождение сложных форм жизни
Ученые Витватерсрандского университета в Йоханнесбурге расшифровали геном одной из простейших многоклеточных форм жизни — зеленой водоросли Tetrabaena socialis, состоящей из четырех клеток. Это позволило определить генетические механизмы, которые способствовали возникновению многоклеточности. Статья биологов опубликована в журнале ..
2018-02-05 10068 0 Научные открытия
0
Ученые изучили биологические нанопровода
По данным исследования, информация о котором опубликована в «mBio», онлайн журнале открытого доступа Американского общества микробиологии, во вторник, 12 марта, тонкие бактериальные нанопровода становятся проводящими при наличии определенных аминокислот. Встречающиеся в природе бактерии Geobacter sulfurreducens используют эти нанопровода, называемые ..
2013-03-12 1467 0 Научные открытия
0
The Brain Prize 2016 года вручили за исследования памяти
1 марта 2016 года в Копенгагене объявили лауреатов Европейской премии за исследования мозга имени Грете Лундбек, известной также как The Brain Prize. Ими стали трое британцев: Тим Блисс (Tim Bliss) из Института Фрэнсиса Крика в Лондоне, Грэм Коллингридж (Graham Collingridge) из Университетов Бристоля и Торонто ..
2016-03-03 1624 0 Научные открытия
1
Ученым удалось найти способ выключения памяти
Исходя из недавних исследований, американские нейробиологи пришли к выводу, что синтез белков необходимых для формирования памяти контролируется с помощью микро РНК. Во время эксперимента, ученые обрабатывали нейроны, которые выращивались в лабораторных условиях гормоном BDNF, после чего наблюдали ..
2012-03-8 1753 0 Научные открытия
0
Учёные смогли разгадать загадку кодирования памяти
Несмотря на столетние исследования, память, кодированная в головном мозге остаётся загадкой. Сильные связи нейронных синапсов вовлечены в процесс, но синаптические компоненты недолговечны и сохраняют только последние моменты жизни. Это говорит о том, что синаптическая информация кодируется и проводится на более ..
2012-03-12 1661 0 Научные открытия
0
Российские ученые обнаружили отвечающий за развитие инфаркта миокарда ген
Группа ученых из Московского государственного университета (МГУ) имени Михаила Ломоносова изучила генетические механизмы, стоящие за развитием атеросклеротических изменений сосудов, и обнаружила ген, отвечающий за развитие инфаркта миокарда. Исследование опубликовано в журнале International Journal of Clinical and Experimental ..
2016-04-08 1928 0 Научные открытия
3
Найден генетический маркер обсессивно-компульсивного расстройства
Группа американских исследователей определила генетический маркер, связанный с развитием обсессивно-компульсивного расстройства (ОКР). Свою работу ученые опубликовали в журнале Molecular Psychiatry, кратко с ней можно ознакомиться на сайте Phys.org. Авторы исследовали однонуклеотидный полиморфизм в популяции общей численностью 5061 ..
2014-05-14 1520 0 Научные открытия
0