Команда исследователей в MIT теперь придумала способ большого сокращения той непредсказуемости, введя устройство, которое могло в конечном счете позволить таким схемам вести себя почти так же очевидно как их электронные коллеги. Результаты изданы на этой неделе в журнале Nature Biotechnology в статье адъюнкт-профессора машиностроения Домитилла Дель Веккио и преподаватель биологического технического Рона Вайса.Ведущий автор статьи – Дипэк Мишра, аспирант MIT в биологической разработке. Среди других авторов студенты недавнего мастера Филип Ривера в машиностроение и Аллен Лин в электротехнике и информатике.
Есть много потенциального использования для таких синтетических биологических схем, объясняют Дель Веккио и Вайс. «Один определенный, мы продолжаем работать, является применением биосенсоров – клетки, которые могут обнаружить определенные молекулы в окружающей среде и произвести определенную продукцию в ответ», говорит Дель Веккио. Один пример: клетки, которые могли обнаружить маркеры, которые указывают на присутствие раковых клеток, и затем вызывают выпуск молекул, предназначенных, чтобы убить те клетки.Для таких схем важно быть в состоянии различить точно между злокачественными и незлокачественными клетками, таким образом, они не развязывают свою смертельную силу в неправильных местах, говорит Вайс.
Чтобы сделать это, прочные схемы обработки информации, созданные из биологических элементов в клетке, становится «очень очень важным», говорит Вайс.До настоящего времени такая прочная предсказуемость не была выполнима, частично из-за эффектов обратной связи, когда многократные стадии биологической схемы введены.
Проблема возникает, потому что, в отличие от этого, в электронных схемах, где один компонент физически связан со следующим проводами, которые гарантируют, информация всегда течет в конкретном направлении, биологические схемы составлены из компонентов, которые все плавают вокруг вместе в сложной жидкой среде интерьера клетки.Поток информации ведут химические взаимодействия отдельных компонентов, которые идеально должны затронуть только другие определенные компоненты. Но на практике, попытки создать такие биологические связи часто приводили к результатам, которые отличались от ожиданий.
«Если Вы соединяете схему, и Вы ожидаете ответ ‘X’, и вместо этого Вы добираетесь, отвечают ‘Y’, которые могли быть очень проблематичными», говорит Дель Веккио.Устройство, которое команда произвела, чтобы решить ту проблему, называют водителем груза, и его эффект подобен тому из водителей груза, используемых в электронных схемах: Это обеспечивает своего рода буфер между сигналом и продукцией, препятствуя эффектам передачи сигналов отойти назад через систему и вызвать задержки продукции.В то время как это – относительно молодое исследование, которое могло занять годы, чтобы достигнуть коммерческого применения, у понятия могло быть большое разнообразие заявлений, говорят исследователи.
Например, это могло привести к синтетическим биологическим схемам, которые постоянно измеряют уровни глюкозы в крови страдающих от диабета пациентов, автоматически вызывая выпуск инсулина, когда это необходимо.Добавление этого водителя груза в арсенал компонентов, доступных тем, которые проектируют биологические схемы, Дель Веккио говорит, «мог нарастить сложность схем, которые Вы могли проектировать», открыв новые возможные заявления, гарантируя, что их действие «прочно и предсказуемо».Джеймс Коллинз, преподаватель биоинженерии в Бостонском университете, который не был связан с этим исследованием, говорит, «Усилиям в синтетической биологии, чтобы создать сложные генные схемы часто препятствуют непредвиденные или неохарактеризованные взаимодействия между подмодулями схем.
Эти взаимодействия изменяют особенности ввода – вывода подмодулей, приводя к нежелательному поведению схемы».Но теперь, Коллинз говорит, «Дель Веккио и Вайс сделали важный шаг вперед для области, создав генетическое устройство, которое может составлять и исправить для таких взаимодействий, приведя к более предсказуемому поведению схемы».
Исследование было поддержано энергетическим Научным сотрудничеством Eni-MIT, Национальным научным фондом, Исследовательским управлением армии США, американским Офисом Военно-воздушных сил Научного исследования и Национальными Институтами Здоровья.