Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

Глобальный Инновационный Гиперпортал

Подписаться Бесплатная «Серебряная» новостная рассылка . Подписчиков 58 RSS
←   Июнь 2016   →
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
10.06.2016
10:17:28
23:17:11
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
30.06.2016
20:57:57
21:13:04


За последние 60 дней ни разу не выходила


Сайт рассылки: http://www.gigport.ru
Открыта: 28-11-2013

Автор
Джек Воробей

Статистика

58 подписчиков
0 за неделю
←   Все выпуски   →

Глобальный Инновационный Гиперпортал


КЛЕТКИ СПОСОБНЫ ВЫПОЛНЯТЬ СЛОЖНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ КЛЕТКИ СПОСОБНЫ ВЫПОЛНЯТЬ СЛОЖНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ


04.06.2016 биология, генетика, здравоохранение, бактерия





Gene circuits в живой клетке способен производить сложные вычисления, реагируя на сигналы окружающей среды, с которыми они сталкиваются.

Эти вычисления могут быть непрерывными, или аналоговыми. Так, например, в природе глаза привыкают к постепенным изменениям уровня освещённости. Они также могут быть цифровыми, с участием простых процессов включить или выключить. Например — запуск клеткой собственной смерти.

Синтетические биологические системы, как правило, сосредоточены на чём-то одном — на аналоговой, или на цифровой обработке, ограничивая диапазон приложений, для которых они могут использоваться.

Учёные из Массачусетского технологического института (MIT) разработали технику, объединяющую аналоговые и цифровые вычисления в живых клетках, что позволяет им сформировать gene circuits, способные проводить сложные вычислительные операции.

Синтетические схемы, представленные в статье, опубликованной в журнале Nature Communications, способны измерять уровни аналогового ввода, например, для определённого химического вещества, относящегося к болезни, и решить, повернуть ли на выход, соответствующий препарату, который лечит эту болезнь.

«Таким образом, они действуют как электронные устройства, известные как компараторы, которые принимают аналоговые входные сигналы и преобразуют их в цифровой выход», — говорит Тимоти Лу (Timothy Lu), доцент кафедры электротехники и компьютерных наук и биологической инженерии, и руководитель группы синтетической биологии Массачусетской технологической научно-исследовательской лаборатории электроники, возглавлявший исследование вместе с бывшим аспирантом микробиологии Якобом Рубенсоном (Jacob Rubens). «Большая часть работы в области синтетической биологии была сосредоточена на цифровом подходе, т. к. цифровые системы гораздо легче программировать», — говорит Лу.

Однако, поскольку цифровые системы основаны на простом двоичном коде 0 или 1, выполнение сложных вычислительных операций требует использования большого количества элементов, которые трудно достичь в синтетических биологических системах.

«Digital (цифровой) — это основной способ вычислений, в котором вы получаете сведения из очень простых частей, ибо каждая часть делает только очень простое, но когда вы объединяете их все вместе, вы получаете наиболее точный результат», — говорит Лу. «Но это требует от вас возможности, собирать множество этих частей вместе, и проблемой в биологии, по крайней мере, в настоящее время, является то, что вы не можете собрать миллиарды транзисторов как кусок кремния», — добавляет он.

Смешанный сигнал исследователи разработали на основе нескольких элементов. Пороговое значение модуля состоит из датчика, который определяет уровень аналога определённого химического вещества. Этот порог, модуль контролирует с помощью второго компонента, ген которого в свою очередь включает или выключает сегмент ДНК путём инвертирования, таким образом, преобразовывая его в цифровой сигнал.

Если концентрация химического вещества достигает определённого уровня, порог модуля выделяет ген, заставляющий перевернуть сегмент ДНК. Сам этот сегмент ДНК содержит ген или ген-регуляторного элемента, который в свою очередь меняет выражение желаемого результата.

«Так вот как мы принимаем аналоговый вход, например, есть концентрация химического вещества и преобразование его в сигнал 0 или 1», — говорит Лу. «И как только это сделано, и у вас есть кусок ДНК, который можно перевернуть вверх дном, тогда вы можете составить вместе все эти кусочки ДНК для выполнения вычислительных процессов».

Команда создала уже встроенную аналого-цифровую преобразовательную схему, которая реализует троичную логику — устройство, которое будет включаться лишь в ответ на либо высокую, либо низкую концентрацию диапазонов входящих сигналов. Это устройство так же способно работать двумя разными выходами.

«В дальнейшем схема может использоваться для определения уровня глюкозы в крови и реагировать одним из трёх способов в зависимости от концентрации», — говорит он. «Если уровень глюкозы слишком высокий, вы, возможно, захотите, чтобы ваши клетки производили инсулин, если уровень глюкозы слишком низкий, вам, возможно, потребуется глюкагон, а если уровень в норме, вы сочтёте, что они ничего не должны делать».

Аналогичные аналого-цифровые преобразовательные схемы могут также использоваться для обнаружения различных химических веществ, при простой замене датчика. Исследователи изучают идею использовать аналого-цифровые преобразователи для обнаружения уровня воспаления в кишечнике, вызванные воспалительными заболеваниями кишечника, и производящие в ответ разное количество препаратов.

Могут быть также разработаны и иммунные клетки, используемые при лечении рака, чтобы обнаруживать различные природные ресурсы, такие как кислород или уровень лизиса опухоли, и в ответ на них варьировать терапевтическую активность. «Другие исследовательские группы также заинтересованы в использовании приборов для экологических применений, например, клетки, которые обнаруживают концентрации загрязняющих веществ воды», — говорит Лу.

Ахмад Халил (Ahmad Khalil), доцент кафедры биомедицинской инженерии Бостонского Университета, который не принимал участия в работе, говорит, что исследователи расширили репертуар вычислений в ячейках.

«Разработка этих фундаментальных инструментов и вычислительных основ важно, т. к. исследователи пытаются строить дополнительные уровни сложности для точного контроля взаимодействия клеток с окружающей их средой», — говорит он. «Исследовательская группа недавно создала компанию «Synlogic», которая сейчас пытается использовать простые варианты схем, чтобы конструировать пробиотические бактерии, которые могут лечить заболевания в кишечнике».

Компания надеется приступить к клиническим испытаниям этих бактерий в течение ближайших 12 месяцев.
В избранное