Sciencemag.cz
Doporučujeme
Chceme přidat do živé buňky specifické funkce, třeba reakci v závislosti na detekci určité látky? Nové programovací prostředí vygeneruje automaticky odpovídající biologický obvod v podobě sekvence DNA.
I když se v této souvislosti někde mluví o DNA počítači, je tomu spíš naopak – nejde o použití DNA k výpočtům, ale naopak o automatizované vytváření sekvencí s potřebnou funkcionalitou. Christopher Voigt, profesor bioinženýrství z MIT a jeden z autorů studie, označuje nový koncept jako programovací jazyk pro bakteriální buňky. Funkcionalita se popíše slovy – respektive příkazy vyššího programovacího jazyka, a program se pak zkompiluje; strojovým kódem je sekvence DNA. Tu je pak třeba samozřejmě ještě fyzicky syntetizovat v laboratoři a implementovat do genomu příslušného mikroorganismu. Samotnou sekvenci lze ale získat i bez znalostí genetického inženýrství, třeba i z uživatelského rozhraní na webu. Asi jako při programování konkrétního algoritmu nás také nezajímá (respektive nemusí zajímat), jak funguje kompilátor.
Samotný programovací jazyk je založen na Verilogu, jeho komponentami jsou např. senzory a logická hradla (přepínače) i třeba biologické hodiny. Verilog se používá pro návrhy hardwarových elektronických prvků včetně testování jejich funkce.
Vstup může mít podobu např. detekce nádorového markeru, výstup podobu syntézy léku. Při zjištění určité koncentrace vedlejšího produktu může buňka zastavit kvasný proces. Laktobacily by nám pomohly trávit mléko. Bakterie žijící v kořenech rostlin by syntetizovaly pesticidy až při detekci škůdce.
Konkrétně předdefinované vstupy/senzory detekují chemické látky, světlo, teplotu, pH prostředí… přičemž uživatelé mohou přidávat i své vlastní prvky. Nejtěžší údajně bylo navrhnout 14 logických hradel, aby v reálném prostředí živé buňky dokázaly pracovat nezávisle na sobě a nežádoucím způsobem neinterferovaly. Podmínky lze tedy nyní prostě kombinovat do složených příkazů typu „Udělej X, je-li prostředí látka Y, ale nikoliv Z“. Takto již autoři výzkumu i syntetizovali dosud největší biologický obvod tohoto typu – se 7 hradly a 12 000 páry DNA.
Vše je zatím optimalizováno pro bakterii Escherichia coli, ale drobnou úpravou kompilátoru lze připravit i obvody do jiných bakterií a zřejmě i kvasinek. Původní abstraktní program by zůstával stejný, což by mělo návrhy biologických obvodů extrémně urychlit. Také by se vedle sebe dalo snadno z jednoho programu vytvářet obvody pro více organismů a ty pak paralelně testovat.
Příslušná studie byla publikována v Science.
Zdroj: Phys.org
