Olimlar mikrob hujayralarini har qanday elektron qurilmaning asosiy elementlari bo’lmish tranzistorlar kabi ishlashga majbur qilishga erishdilar. Ushbu biologik tranzistorlarni xuddi oddiy sxema detallari kabi birlashtirish, mantiqiy operatsiyalarni bajarish va signallarni berilgan marshrut bo’yicha uzatish mumkin.
Manba: «Mail.ru Hi-Tech».
Yangiliklar muallifi
Elektronikada tranzistor kalit rolini o’ynaydi: u tokni yoqadi va o’chiradi. O’zlarining yangi ishlarida Massaachusets texnologiya instituti (MIT) muhandislari ushbu printsipni tirik tizimga ko’chirishdi. Bakterial «zanjirlarda» tok rolini hujayralar ishlab chiqaradigan va tutib oladigan kichik molekulalar o’ynaydi. Bakteriya‑tranzistor kirish signaliga qarab, bunday molekulani ishlab chiqarishni ishga tushiradi yoki uni bloklaydi, shu orqali signalning sxemaning keyingi elementiga yo’lini «yotqizadi» yoki «uzadi».
MIT bioinjeneriya kafedrasi mudiri Kristofer Voygt rahbarligidagi jamoa ikki turdagi tranzistor va signalni bir tranzistordan boshqasiga uzatadigan uchta oraliq shtamm‑«rele»ni loyihalashtirdi. Jami beshta shtamm «g’ishtchalar» toplamini hosil qiladi, ulardan, ishning yetakchi muallifi Hamid Duostxosseynining so’zlariga ko’ra, deyarli har qanday hisoblash sxemasini yig’ish mumkin.
Sintetik biologiya uchun klassik bo’lgan yondashuv — barcha genlar va regulyatorlarni bitta hujayra ichiga joylashtirish o’rniga — olimlar vazifani ixtisoslashtirilgan hujayralar tarmog’iga bo’lishdi. Bu bir vaqtning o’zida ikkita muammoni chetlab o’tishga imkon beradi: noyob regulyator oqsillarning tanqisligi (sxema elementlari bir-biri bilan «kesishib ketmasligi» uchun) va bitta hujayraning haddan tashqari murakkab sxema bilan yuklanishi.
«Apparat ta’minoti» (jelezo) sifatida tabiatda yuzalarda, shu jumladan osimliklarda yashaydigan Pantoea agglomerans bakteriyasi tanlandi. Ikki tranzistorning har biri OC‑6 kalit-molekulasiga javob beradi: biri yoqiladi, boshqasi esa, aksincha, o’chadi. Parallel ravishda ikkalasi ham boshqa molekulani — OC‑12 ni «his qilish»ga qodir. OC‑12 bor-yo’qligi va kalit qaysi holatda ekanligiga qarab, hujayra chiquvchi signal — OHC‑14 molekulasini ishlab chiqarishni boshlaydi. Uchta qo’shimcha shtamm-rele ushbu signalni keyingi tranzistorga tushunarli shaklga o’tkazadi. Shunday qilib, tranzistorlar va relelar kombinatsiyasini o’zgartirib, olimlar xuddi platadagidek hujayralar o’rtasida tomosha ma’nosida «yo’lakchalar o’tkazishmoqda».
Sxemalarning o’zi Petri idishlarida chop etiladi: bakteriya koloniyalari agarga taxminan 5 mm qadam bilan surtiladi. Bunday masofalarda signal molekulalari faqat eng yaqin koloniyagacha yetib borishga ulguradi, u esa keyin estafetani davomga uzatadi — axborot, zanjir elementlari bo’ylab harakatlangandek, bir yo’nalishda harakat qiladi.
Ish doirasida olimlar bitta va xuddi shu asosiy tranzistor sxemadagi o’rniga qarab har xil mantiqiy funktsiyalarni amalga oshirishi mumkinligini ko’rsatdilar: shu jumladan ko’p kirishli «OR» va «IMPLY»‑darvozalari. Elementlarni birlashtirib, muhandislar yanada murakkab qurilmalarni yig’ishdi: ikkita signalni qo’shadigan summator, bir vaqtning o’zida bir nechta kirishni qayta ishlaydigan sxema va boshqaruvchi kirishga qarab bitta kiruvchi signalni bir nechta chiqishdan biriga yo’naltiradigan demultipleksor. Namoyish etilgan eng yirik sxema — summator — kimyoviy signallar orqali «simlar» bilan bog’langan 24 ta koloniyani o’z ichiga olgan.
Albatta, bunday hisoblashlarning «tezligi» elektronika bilan solishtirib bo’lmaydigan darajada: bitta siklga taxminan sakkiz soat ketadi. Ammo, Voygt ta’kidlaganidek, bu holda vazifa boshqacha. «Biz kompyuterlarning o’rnini bosishga urinmayapmiz, balki biologiyaga hisoblash nazoratini kiritmoqchimiz», — deydi u. O’simlik yoki tuproq holatini monitoring qilish kabi vazifalar uchun, bu yerda hisob kunlar va haftalar bilan olib boriladi, oddiy hisob-kitoblarga bir tun sarflash mutlaqo maqbuldir.
Kutish mumkinki, kelajakda bunday tirik sxemalarni madaniy o’simliklarning ildizlari yoki barglariga surtish mumkin bo’ladi, to’ki ular atrofdagi qaysi stress omillari — qurg’oqchilik, zamburug’lar, hasharotlar borligini «hisoblabchiqsin» va javoban kerakli reaktsiyani, masalan, hifoya qiluvchi moddalar sintezini yoqsin. Yanada kengroq g’oya — mikrob jamoalarini dasturlashtiriladigan sensor va boshqaruv tizimlariga aylantirishdir, bu yerda shakl va xulq-atvorni nafaqat genetika, balki bosma platadagi sxemaga o’xshash hujayralarning fazoviy tashkil etilishi ham belgilaydi.
Avvalroq olimlar dunyoda birinchi bo’lib to’liq sintetik hujayrani yaratishgan edi.
