Синтетичната биология позволява на учените да програмират клетки, които да изпълняват нови функции, като например да флуоресцират в отговор на определено химично вещество или наркотици, като маркер на заболяване. Като стъпка към разработването на много по-сложни клетъчни вериги, инжeнерите от Масачузетския технологичен институт (MIT) вече са програмирали клетки, които помнят и реагират на поредица от събития.
„Тези клетки могат да помнят в правилен ред до три различни входа, но този подход трябва да бъде увеличен, за да се включат много повече стимули“, казват учените.
С помощта на тази система, те могат да проследят клетъчните събития, които се случват в определен ред, да създават екологични сензори, които съхраняват сложни истории или да програмират клетъчни траектории, пише Science daily.
„Могат да се изградят много сложни изчислителни системи, ако се интегрира елемент на паметта заедно с изчисленията“, казва Тимъти Лу, доцент по електроинженерство и компютърни науки и биологичен инженер в MIT.
Този подход позволява на учените да създадат биологични държавни машини – устройства, които съществуват в различни държави в зависимост от идентичностите и поръчките на суровини, които получават.
Учените създадоха и софтуер, който помага за дизайна на потребителските вериги, които създават държавните машини с различни поведения, които след това могат да бъдат тествани в клетките.
През 2013 година Лу и колегите му проектират клетъчни вериги, които могат да изпълняват функцията логика и след това да съхраняват в паметта събитието, като го кодира в ДНК-то.
Веригите на държавните машини, които са проектирани в новото изследване, разчитат на ензими, наречени рекомбинанти. Когато се активира чрез специфично въвеждане в клетката, като например чрез химически сигнал, рекомбинантите изтриват или обръщат определен участък от ДНК-то, в зависимост от ориентацията на две целеви ДНК последователности,които са известни като места за разпознаване.
Участъкът на ДНК-то между тези връзки може да съдържа места за разпознаване за други рекомбинанти, които отговарят за различни суровини. Показването или изтриването на тези връзки променя това, което ще се случи с ДНК-то, ако втора или трета рекомбинанта е късно активирана. Следователно, историята на клетките може да се определи чрез секверниране на ДНК,
В най-простата версия на тази система само с два входа има пет възможни състояния за веригата: състояния, съответстващи на нито един вход, само на вход А, само вход Б, А, последван от В, и В, последван от А. Учените също проектират и изграждат вериги, които записват само три входа.
След създаването на схеми, които могат да записват събития, учените включват гени в масива за свързване на рекомбинанта, заедно с генетични регулаторни елементи. В тези схеми рекомбинантите пренареждат информацията в ДНК веригите, но и контролират кои гени се включват и изключват.
Лу се надява да използва този подход за изследване на клетъчните процеси, които се контролират от поредица от събития, като появата на цитокини или други сигнални молекули, или активиране на определени гени.
Учените могат да използват тази техника, за да изследват траекторията на стволови клетки; да следят развитието на заболявания като рак. Освен това, те могат да използват тази платформа за програмиране на клетъчните функции.
