Log In

Γλώσσα προγραμματισμού για έλεγχο ζωντανών κυττάρων

Rozis Nick's picture

Η προσθήκη νέων λειτουργιών σε βακτήρια γίνεται πιο εύκολη χάρη σε μια γλώσσα προγραμματισμού για βιολογικά κυκλώματα.

Ζωντανά κύτταρα με κυκλώματα που έχουν κωδικοποιημένο DNA μπορούν να γίνουν αντικείμενο επεξεργασίας αισθητηριακών πληροφοριών  και ελέγχου βιολογικών λειτουργιών. Η κατασκευή τους είναι χρονοβόρα καθώς μέρος της περιλαμβάνει χειροκίνητη συναρμολόγηση και εξισορρόπηση έκφραση ρυθμιστή. Η δημοσίευση αυτή περιγράφει ένα σχεδιαστικό περιβάλλον, με την ονομασία Cello, με το οποίο ο χρήστης γράφει κώδικα Verilog, ο οποίος με τη σειρά του μετατρέπεται αυτόματα σε μια αλληλουχία DNA. Αλγόριθμοι δημιουργούν ένα κυκλωματικό διάγραμμα, εκχωρούν και συνδέουν πύλες και προσομοιώνουν τις επιδόσεις. Αξιόπιστη σχεδίαση κυκλωμάτων απαιτεί την μόνωση των πυλών από γενετικά συμφραζόμενα, έτσι ώστε να λειτουργούν με τον ίδιο τρόπο όταν χρησιμοποιείται σε διαφορετικά κυκλώματα. Οι ερευνητές αναφέρουν πως χρησιμοποίησαν το Cell για να σχεδιάσουν 60 κυκλώματα για το βακτήριο Escherichia coli (880.000 ζεύγη βάσεων), για το οποίο κάθε αλληλουχία DNA κατασκευάστηκε από το λογισμικό όπως προβλέφθηκε χωρίς κάποια επιπλέον ρύθμιση. Από αυτά, τα 45 κυκλώματα λειτουργούν σωστά για κάθε κατάσταση εξόδου και σε όλα τα κυκλώματα το 92% των καταστάσεων εξόδου λειτούργησαν όπως προβλεπόταν. Η αυτοματοποιημένη σχεδίαση απλοποιεί την ενσωμάτωση των γενετικών κυκλωμάτων σε έργα βιοτεχνολογίας που απαιτούν λήψη αποφάσεων, έλεγχο, αίσθηση ή χωροταξική οργάνωση.

 

Το Cello αναπτύχθηκε απο μια ερευνητική ομάδα του MIT και εκμεταλλεύται την γλώσσα Verilog που χρησιμοποιείται ευρέως στην ηλεκτρονική για προγραμματισμό τσιπς.

Η ίδια ομάδα πια σχεδιάζει να ερευνήσει για βακτήρια που καταπίνονται και βοηθούν στην πέψη της λακτόζης, βακτήρια που παράγουν αντικαρκινικά φάρμακα όταν ανιχνεύσουν όγκους, και νέες ποικιλίες ζυμομύκητα που σταματούν μόνες τους τη ζύμωση αν ανιχνεύσουν υψηλά επίπεδα τοξικών παραπροϊόντων.

Τα μέλη της ομάδας αυτής είναι: Alec A. K. Nielsen, Bryan S. Der, Jonghyeon Shin, Prashant Vaidyanathan, Vanya Paralanov, Elizabeth A.Strychalski, David Ross, Douglas Densmore, Christopher A. Voigt

και η μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Science.