Судя по последним новостям из научных лабораторий, человечество стремительно приближается к эре биокомпьютеров. Группа учёных в Массачусетском технологическом институте смогла модифицировать геном бактерии Escherichia coli (кишечной палочки), превратив её в простейшее вычислительное устройство. Результаты своих экспериментов они разместили в специализированном научном журнале Science.
Исследователями были созданы две вычислительные системы, работающие на основе бактерий. Их различия заключаются в ферментах, которые микроорганизмы используют для генерирования и передачи сигналов.
Первая система использует синтез белков, происходящий при передаче генетической информации от ДНК к РНК. Для этого бактерии синтезируют специальные РНК-полимераз-ферменты, причём за этот синтез отвечают определённые гены в цепочке ДНК. Учёным удалось добиться стабильности реакций микроорганизмов на изменение внешних условий. Добавляя в питательную среду бактерий сахар, исследователи тем самым запускают у бактерий синтез первой РНК полимеразы, который продолжается до тех пор, пока одноклеточные не получат новый стимул.
После этого первый синтезированный фермент запускает считывание следующего участка генома и синтез следующей РНК полимеразы. После поступления третьего стимула бактерии продуцируют специфический белок GFP, который при облучении ультрафиолетовыми лучами флуоресцирует зеленоватым свечением. Появление флуоресценции свидетельствует об успешном прохождении всей цепочки импульсов. Эта система состоит всего из трёх звеньев генетической цепочки, однако учёные предполагают, что возможная длина цепочки ограничивается только количеством имеющихся у бактерии РНК-полимераз. Возможны многократные повторения запуска и остановки прохождения сигнала по созданной системе.
Вторая созданная в Массачусетском технологическом институте вычислительная биосистема использует особые ферменты генетического механизма, называемые ДНК-инвертазами. При взаимодействии с ДНК они выделяют в генетической молекулярной цепи определённый отрезок, вырезают его, разворачивают в обратном направлении и встраивают на то же место. Исследователям удалось выстроить последовательность биохимических реакций, при котором внешний стимул запускает синтез первой ДНК-инвертазы.
Фермент перекодирует геном таким образом, что считывание гена первой инвертазы прекращается, но при этом подготавливаются условия для считывания (транскрипции) следующего гена, который захватывает часть перевёрнутой цепочки первого отрезка. Выстраивание таких последовательностей «запоминается» и при необходимости может неоднократно повторяться. Итогом цепочки тоже является синтез флуоресцентного белка GFP.
Описанные бактериальные системы представляют собой лишь первые шаги, которые, вполне возможно, приведут к созданию биолого-электронных компьютеров и «живых» инженерных систем.
