Ученые разработали «язык программирования» на основе клеток бактерий

Фото: Janet Iwasa

В новой работе исследователи представили язык программирования, основанный на способности живых клеток обрабатывать сенсорные сигналы. Созданная технология позволяет придать живой бактериальной клетке желаемый набор свойств, закодированных в последовательности ДНК.

Искусственно создать клетку с желаемыми свойствами пока очень сложно, несмотря на то что технологии постоянно развиваются. Для упрощения этого процесса ученые из Массачусетстского технологического университета представили сервис Cello, подробно описанный в статье в журнале Science.

С помощью Cello даже пользователь, не обладающий глубокими познаниями в генетике и молекулярной биологии, сможет написать программу для выполнения живой клеткой новых функций. После написания текста программы Cello автоматически компилирует написанный код и переводит его в последовательность ДНК, которая несет гены, соответствующие заданным пользователем функциям. По готовому «рецепту» пользователь может синтезировать ДНК и использовать ее в «мокрых» экспериментах.

За основу языка программирования Cello ученые взяли существующий язык Verilog. В качестве логических переменных использовали ответы сенсорных систем клетки на определенные раздражители, в общей сложности составившие 14 логических входов. Текущая версия нацелена на работу с кишечной палочкой E.coli, однако в дальнейшем ученые планируют расширить круг доступных организмов.

Для проверки работоспособности алгоритмов, написанных с помощью Cello, авторы исследования создали с его использованием 60 схем, 45 из которых работали правильно при каждой проверке без дополнительной настройки. В общей сложности схемы срабатывали согласно ожиданиям в 92% случаев. Большая часть тестовых схем была запрограммирована реагировать на один показатель среды, к примеру на содержание кислорода или уровень глюкозы. Самая сложная и масштабная включала семь логических входов и составляла 12 тысяч пар оснований («букв») ДНК.

В сочетании с технологией создания простейших организмов «с нуля», над которой работают современные ученые, разработанный сервис может значительно расширить возможности генной инженерии. С его помощью можно будет создавать полезные бактерии с требуемой обратной связью: к примеру, синтезирующие определенные вещества в случае понижения их концентрации в среде.
Теги:

Читать еще на Чердаке: