ساخت مدار در سلول زنده با الهام از علم الکترونیک

ساخت مدار در سلول زنده با الهام از علم الکترونیک

کد خبر: ۶۰۴۲۷۲

 

ساخت مدار در سلول زنده با الهام از علم الکترونیک

پژوهشگران روش جدیدی را برای پردازش اطلاعات در سلول‌های زنده ابداع کردند که مشابه منطق مورد استفاده در ساخت مدا‌های الکترونیکی است. این مدارها بزرگترین مدارهایی هستند که در سلول‌های یوکاریوتی به وجود آمده‌اند. این پژوهش گامی اصلی برای استفاده از توانایی سلول‌ها به عنوان کامپیوترهای زنده است. این روش می‌تواند در درمان برخی بیماری‌ها و تولید زیست سوخت‌ها و مواد شیمیایی با پایه‌ی گیاهی مورد استفاده قرار گیرد.

سلول‌های زنده باید به طور پیوسته اطلاعات را مورد پردازش قرار دهند تا بتوانند نسبت به تغییرات محیط اطراف پاسخ مناسب را بروز دهند. در طول میلیاردها سال آزمایش و خطا، تکامل به پردازش اطلاعات در مرحله‌ی سلولی رسیده است. پردازش اطلاعات در میکروچیپ‌های مورد استفاده در کامپیوترها به صورت کدهای یکپارچه صفر و یک است. این در حالی است که پردازش اطلاعات در سلول‌های زنده به این سادگی نیست. در واقع DNA ، پروتئین، لیپید و قندها در ساختارهای مجتمع و پیچیده گردهم آمده‌اند و هریک به نحوی در پردازش اطلاعات سلولی دخیل هستند. پژوهشگران نمی‌توانند برای حصول سیستم سلولی مطلوبشان مانند  تولید زیست سوخت‌ها و مواد شیمیایی با پایه‌ی گیاهی منتظر تکامل بمانند!

در مقاله‌ای که در ۲۵ می ۲۰۱۷ در مجله‌ی “نیچر کامیونیکیشن” منتشر شد، تیمی از محققان روشی را ابداع کردند که پردازش اطلاعات در سلول‌های زنده با کمک منطق مورد استفاده در ساخت مدا‌های الکتریکی انجام می‌شود. آن‌ها دسته‌ای از ژن‌ها را سنتز کردند که در سلول مانند گیت NOR  عمل می‌کند. گیت NOR  به طور مرسوم در الکترونیک به کار می‌رود. در این گیت در مقابل دو ورودی منفی یک خروجی مثبت حاصل می‌شود. گیت‌های NOR به طور عملکردی کامل هستند به این معنا که هرکسی می‌تواند آن‌ها را در ترتیب‌های متفاوتی برای پردازش هر نوع اطلاعاتی جایگزن کند.

پژوهشگران از DNA  به عنوان سیلیکون و لحیم‌کاری و از محیط سلول‌های زنده به جای کیت‌های الکترونیکی استفاده کردند. این مدارها بزرگترین مدارهایی هستند که تاکنون در سلول‌های یوکاریوت ساخته شده‌اند. سلول‌های یوکاریوت همانند سلول‌های انسان شامل یک هسته و ساختارهای پیچیده‌ای هستند که آن‌ها را قادر می‌کند  واکنش‌های پیچیده را انجام دهند.

اریک کالوینز نویسنده‌ی ارشد مقاله می‌گوید: “صحت و سرعت برنامه‌ی اجرا شده در سلول به پای برنامه‌ی اجرا شده در محیط سیلیکون نمی‌رسد. برنامه‌های ژنتیکی می‌توانند با محیط سلول به طور مستقیم برهم کنش داشته باشند. با استفاده از این رویکرد سلول‌های دوباره برنامه نویسی شده در بیماران می‌تواند برای درمان هدف قرار بگیرد.”

هر گیت NOR  سلولی شامل یک ژن با سه ساختار قابل برنامه‌ریزی است. دو تا از آن‌ها به عنوان ورودی و یکی از آن‌ها به عنوان خروجی عمل می‌کند. پژوهشگران در این بررسی از روش نسبتا جدیدی به نام کریسپرکس استفاده کردند. با این روش قسمت مشخصی از DNA  را هدف قرار دادند. پروتئین Cas9  به عنوان نگبهان مولکولی مدار عمل می‌کند. این پروتئین برروی قسمتی از DNA  می‌نشیند و تعیین می‌کند که گیت خاصی می‌تواند فعال شود یا نه. گیت فعال باعث بیان سیگنالی می‌شود ، سپسCas9  سایر گیت‌های مدار را غیرفعال می‌کند. به این طریق پژوهشگران می‌توانند برنامه‌های مختلفی را در گیت‌های مختلف مخابره کنند. موضوعی که این پژوهش را متمایز از پژوهش‌های پیشین کرده است، مقیاس و پیچیدگی مدارهای سرهم بندی شده است ( هفت گیت NOR  در اینجا به صورت سری یا موازی سرهم بندی شده‌اند). در این سایز، مدارها می‌توانند با توجه به شرایط محیط رفتارهای مناسبی را از خود نشان دهند. پژوهشگران می‌توانند به این طریق برنامه‌های منطقی را به راحتی در سلول اجرا کنند و عملکرد سلول را تحت کنترل بگیرند. به عنوان مثال سلول‌های ایمنی مهندسی شده به این طریق می‌توانند بیومارکرهای سلول‌های سرطانی را تشخیص دهند.

 

لینک:

https://phys.org/news/2017-05-scientists-electronics-circuits-cells.html

More from نگار نصراللهی

زندگی‌نامه ری کرزویل مخترع آمریکایی، آینده‌پژوه (قسمت دوم)

کد خبر: Z_60420   زندگی‌نامه ری کرزویل مخترع آمریکایی،  آینده‌پژوه (قسمت دوم)...
مشاهده مطلب

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *