Język programowania bakterii

Inżynierowie z MIT stworzyli biologiczny język programowania, pozwalający na szybkie projektowanie złożonych kodów DNA, które po wprowadzeniu do żywych komórek zmieniają ich funkcjonowanie.

Korzystając z tego języka, każdy może napisać program odpowiadający nowej funkcji komórki a następnie wygenerować sekwencję DNA, która to umożliwi.

„Jest to dosłownie język programowania dla bakterii”, mówi Christopher Voigt, profesor inżynierii biologicznej z MIT. „Programowanie przebiega podobnie jak w przypadku komputerów za pomocą języka tekstowego. Program następnie jest kompilowany do postaci sekwencji DNA, którą można umieścić w komórce”

Voigt i współpracownicy z Boston University i National Institute of Standards and Technology używali tego języka (opisywanego 1 kwietnia w numerze Science) do budowania obwodów DNA, które mogą wykrywać sygnały doprowadzone do trzech wejść i reagować na różne sposoby. Przyszłe zastosowania dla tego rodzaju programowania obejmują projektowanie komórek bakteryjnych, mogłyby produkować lek na raka, gdy wykryją guza lub tworzenia komórek drożdży, które mogą zahamować swój proces fermentacji, jeśli powstawałoby zbyt wiele toksycznych produktów ubocznych.

Naukowcy planują stworzyć interfejs użytkownika służący do projektowania układów genetycznych w postaci strony internetowej.

W ciągu ostatnich 15 lat, biolodzy i inżynierowie opracowali wiele elementów genetycznych, takich jak czujniki, przełączniki, pamięci i zegary biologiczne, które mogą być łączone w celu modyfikacji istniejących funkcji komórki i dodawać nowe.

Jednak projektowanie obwodu jest bardzo pracochłonnym procesem, który wymaga dużej wiedzy i często wielu prób. „Trzeba mieć to bardzo szczegółową wiedzę o tym, jak te wszystkie elementy pracują i jak oni będą się zachowywać razem”, mówi Voigt.

Użytkownicy nowego języka programowania, nie będą musieli posiąść specjalistycznej wiedzy w dziedzinie inżynierii genetycznej. Okazuje się że student a nawet uczeń liceum mógłby wejść na serwer internetowy, wpisać dowolny program, który kompilator byłby w stanie przetłumaczyć na sekwencję DNA.

Język programowania opiera się na Verilog, który jest powszechnie stosowany do programowania chipów komputerowych. Aby utworzyć wersję języka, który będzie pracować dla komórek, naukowcy zaprojektowali elementy, genetyczne bramki logiczne i czujniki, które mogą być zakodowane w DNA komórki bakteryjnej. Czujniki mogą wykrywać różne związki, takie jak tlen lub glukozę, ale także natężenie światła, temperaturę, kwasowość i inne parametry środowiskowe. Użytkownicy mogą również dodawać własne czujniki.

Do tej pory największym problemem, było zaprojektowanie 14 bramek logicznych wykorzystywanych w jednym obwodzie DNA, tak aby nie zakłócały się wzajemnie po umieszczeniu w złożonym środowisku żywej komórki.

W aktualnej wersji języka programowania, genetyczne elementy są zoptymalizowane dla bakterii E. coli, ale naukowcy pracują nad rozszerzeniem języka dla innych szczepów bakterii, w tym Bacteroides, powszechnie występujących w ludzkim jelicie i Pseudomonas, które często żyją na korzeniach roślin oraz drożdży Saccharomyces cerevisiae. Pozwoliłoby to użytkownikom napisać jeden program, a następnie kompilować go na różne organizmy, aby uzyskać właściwą sekwencję DNA dla każdego z nich.
Korzystanie z tego języka, naukowcy zaprogramowali już 60 obwodów o różnych funkcjach, a 45 z nich pracowało prawidłowo gdy po raz pierwszy zostały one przetestowane. Wiele układów są przeznaczonych jest do pomiaru jednego lub więcej parametrów takich jak poziom tlenu lub stężenia glukozy.

Największy obwód biologiczny, jaki kiedykolwiek zbudowano, zawieraja siedem bramek logicznych i około 12.000 par zasad DNA.

Najważniejszą zaletą tej metody jest jej szybkość. Do tej pory budowa tego typu obwodów zajmowała całe lata. Teraz wystarczy nacisnąć przycisk i natychmiast uzyskać sekwencję DNA, którą można od razu testować.

  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

Dodaj komentarz