Впервые, синтетические биологи создали генетическое устройство, подражающее одному из виджетов, на которых вся современная электроника базируется, транзистор с тремя терминалами. Как стандартные электронные транзисторы, новый биологический транзистор, как ожидают, будет работать во многом различном биологическом проектировании схем.
Вместе с другими трансгрессиями в обработке генетической схемы, которая должна упростить для ученых программировать клетки, чтобы сделать все от загрязняющих веществ монитора и развития болезни к включению вывода лекарств и биологических топлив.Исследователи уже добились впечатляющих успехов за прошлое десятилетие в имитации поведению электронной схемы с помощью ДНК, РНК и протеинов. Но часто эти устройства имеют тенденцию работать только в точном урегулировании, для которого они были разработаны, такие как поднимание выражения одного определенного гена в ответ на обнаружение определенного входного сигнала.Дрю Энди, синтетический биолог в Стэнфордском университете в Пало-Альто, Калифорния и его коллегах искал подход, который мог быть более широко применимым, таким же образом что электронный транзистор может быть телеграфирован в многочисленные различные образцы схемы для выполнения бесчисленных различных функций.
Таким образом, они решили использовать биологию для имитации наиболее распространенному типу электронного транзистора. Транзистор является по существу электронным выключателем с тремя терминалами или электродами. Относительно маленький ввод электронов, текущих в электрод контроля, названный воротами, открывает электронный дверной проем, позволяя большему электрическому току течь между двумя другими электродами, известными как источник и утечка.
Это сигнальное увеличение может накормить многочисленные нисходящие транзисторы, позволяющие далее логические операции произойти. Энди и его коллеги рассуждали, что увеличение могло помочь будущим генетическим проектам схемы также, потому что биопрепарат сигнализирует, часто быстро вымирают, поскольку слабые молекулярные сигналы часто затопляются другим молекулярным «шумом» в клетке.
В основе новых биологических транзисторов, который «transcriptor» требований бригады Энди, три компонента: спроектированная нить ДНК; полимераза РНК (РНК-P), фермент, путешествующий вдоль ДНК и копирующий ее в РНК; и протеины назвали интегразы, которые способны к вырезанию и вставлению ДНК. Действия ДНК как провод, говорит Энди. Но вместо того, чтобы управлять, как электроны текут вниз провод, бригада использует интегразы (ворота) для управления, сколько молекул РНК-P (электроны) путешествует вниз нить ДНК, сообщают они онлайн сегодня в Науке.Для этого посреди нити ДНК, они помещают короткий отрывок ДНК, названный «терминатором», пинающим молекулы РНК-P от ДНК.
Ключ – то, что терминатор начинает РНК-P только, когда РНК-P путешествует в одном направлении; скажите слева направо, но не справа налево. Стэнфордская бригада тогда использует интеграторы для включения отрывка ДНК терминатора, который это посреди более длинной нити ДНК, переверните его, и затем повторно вставьте его.
Это означает, поскольку РНК-P путешествует вниз нить ДНК слева направо, это больше не признает терминатора. Таким образом, это остается приложенным к ДНК и продолжает ее транскрипцию к РНК. Таким образом сигнал включен.
В этом случае, если ps РНК добирается до конечной точки, они расшифровывают ген для зеленого флуоресцентного протеина, освещая клетку. Щелкните терминатором снова, и РНК-P начата, и свет выключает.
Стэнфордская бригада тогда показала, что они могли выстроить в линию многократный transcriptors для выполнения логических функций, создав стандартные логические схемы под названием И ворота, ИЛИ ворота, ворота XOR, и т.д., которые объединяют сигналы согласно определенным правилам. (Процессор компьютера является обширным собранием таких ворот.) Они также показали, что их новое биологическое проектирование схем владело мастерством производства сигналов с большим увеличением и что они могли привыкнуть к выражению множества генов, таких как производство флуоресцентных сигналов, сделавших простым обнаружить клетки, выполнявшие их программирование.Стэнфордская бригада не является первой для использования интеграз, ДНК и РНК-P для строительства схемы. В феврале бригада во главе с синтетическим биологом Тимоти Лу из Массачусетского технологического института в Кембридже сообщила по своей природе о Биотехнологии, что они использовали подобную стратегию выполнить сложную сотовую логику и функции памяти. Но Лу говорит, что «статья Дрю является действительно захватывающей», потому что она демонстрирует, что стратегия может использоваться для усиления сигналов.
Это могло быть полезно в проектировании новой сотовой схемы для обнаружения маленьких молекулярных сигналов, которые могли бы указать присутствие болезни и создать сигнал крупносерийного производства, который может быть легко обнаружен.