Модульные генетические схемы, спроектированные от частей в других отношениях несвязанных бактериальных геномов, могут быть настроены, чтобы обращаться с многократными химическими исходными данными одновременно с минимумом вмешательства от их соседей.Работа сообщила в американском журнале Chemical Society, Биология Синтетического продукта ACS дает ученым больше вариантов, поскольку они проектируют синтетические клетки для определенных задач, таких как производство биотоплива, экологическое исправление или лечение человеческих болезней.Исследователи создают сложные генетические логические схемы, подобные используемым, чтобы построить традиционные компьютеры и электрические устройства.
В простой схеме, если один вход и другой вход оба существуют, схема выполняет свою инструкцию. С генетической схемой на основе этого типа Булевой логики генетическая логическая схема могла бы вызвать создание определенного белка, когда это чувства два химиката – или побуждает ДНК клетки подавлять создание того белка.Простые схемы стали легче создать, поскольку синтетические биологи разрабатывают больше инструментов, но они требуют более современных инструментов для сложных проблем.
Мэтью Беннетт риса и его коллеги полны решимости относительно следующего путь, подобный тому из программистов, возможности которых выросли от простой Вони до иммерсивных миров современных игр.«Одна из конечных целей этой технологии должна позволить клеткам ощущать и отвечать на свою среду программируемыми способами», сказал Беннетт, доцент биохимии и цитобиологии. «Мы хотим быть в состоянии программировать клетки, чтобы войти в окружающую среду и сделать то, что они, как предполагается, делают.«Прямо сейчас, один из главных способов, которыми мы делаем, который является через транскрипционные логические вентили.
Они сродни электронным схемам – логические вентили в наших компьютерах. В клетках они работают немного по-другому, но есть много параллелей».Логические вентили, разработанные командой и другими Беннетта, реагируют запрограммированным способом, когда они ощущают химикаты в своей непосредственной среде. Если определенные комбинации химикатов будут присутствовать в окружающей среде, ворота включат ген, который может или подавить или способствовать выражению белка.
«Большая работа в синтетической биологии вошла в программирование клеток, чтобы принять решения лучше и более эффективно», сказал Беннетт. «Это – то, к чему обращается данная статья. Мы нашли новый способ создать очень модульные и простые в использовании генетические системы, чтобы создать очень отзывчивую транскрипционную логику».Исследование во главе с аспирантом Райса Дэвидом Шисом потянуло из генетического комплекта инструментов фантастических (с частями из других источников) транскрипционные факторы. Эти модульные белки включают ген регулирующая способность одного транскрипционного фактора и экологические возможности ощущения другого.
Исследователи продемонстрировали, что целых четыре химеры с теми же самыми связывающими ДНК модулями могут сотрудничать и служить воротами с многократными исходными данными, или подавляющими – или отвергающими репрессию – определенные гены. Они успешно проверили способность комбинаций химеры в кишечной палочке бактерий к – или вниз – регулируют выражение генетического кода зеленый флуоресцентный белок.
«Часто, когда Вы делаете генетический логический вентиль, у Вас должно быть много генов на заднем плане, чтобы позволить воротам работать», сказал Беннетт. «Мы были в состоянии избавить от необходимости это, программируя транскрипционные факторы – которые являются определенными белками, которые включают и выключают гены – чтобы ответить на их среду непосредственно и активировать определенный ген очень модульным способом.«Мы можем теперь программировать и экологическое ощущение и последующее генетическое регулирование в тот же самый модуль», сказал он.
Беннетт сказал, что видит, что синтетическая биология решает много проблем. «Мы могли бы быть в состоянии использовать клетки, чтобы сообщить о, или перепромежуточное, загрязнение окружающей среды. Или мы могли бы быть в состоянии программировать их, чтобы найти опухоль в Вашем теле и ответить на него. Чтобы сделать это, нам необходимо приказать клеткам ощущать среду опухоли и, в зависимости от того, какие химикаты клетки обнаруживают, отвечают соответственно».
Метаболические инженеры могли бы найти сложные синтетические схемы, которые в состоянии приспособиться на лету, сказал он. «В брожении, например, Вы могли бы хотеть, чтобы регуляция генов в клетках изменилась, поскольку процесс развивается. Эти новые схемы могут ощутить, что различный сахар в культуре и прямой регуляции генов максимизирует производство».