Gen транзисторы работают в ячейках
На пути к биологическим компьютерным схемам, которые функционируют в клетках, исследователи также интенсивно работают над транзисторами - переключающими элементами, которые необходимы в электронных устройствах и которые, в зависимости от входа, например, останавливают или перенаправляют и усиливают сигналы. Команда биоинженеров во главе с Дрю Энди из Стэнфордского университета предприняла решительные шаги вперед с новой идеей. Их биотранзисторы, получившие название «транскрипторы», представляющие собой умную комбинацию ДНК, различных белковых инструментов и генетических переключателей, также работают как универсальные логические ворота в живых клетках. Теоретически клеточные компьютеры возможны с элементом, в котором естественные цепи генетического контроля могут быть связаны с целевыми операциями и, таким образом, с широким спектром функций.
В случае биологических транзисторов, разработанных Энди и его коллегами, молекулы ДНК и репликационный фермент РНК-полимераза, мигрирующие по участкам ДНК, берут на себя функцию, которую электрический проводник и электроны выполняют в классическом электронном компоненте. Как и его электронный образец для подражания, транзистор направляет входные сигналы через различные «логические вентили» (например, вентили функций И, ИЛИ или НЕ) и, наконец, генерирует один логический выходной сигнал из входа. Это также может быть многократно усилено. Например, «транскриптор» может использовать вентиль И, чтобы гарантировать, что конкретный фермент вырабатывается и высвобождается в повышенных количествах только в том случае, если одновременно присутствуют две сигнальные молекулы.
Сердцем «транскриптора» является фермент сериновая интеграза, выделенная из фагов: она специально вырезает фрагмент ДНК - область-мишень, точно идентифицируемую фланкирующими последовательностями разрезания. Участок ДНК биотранзистора, контролируемый интегразами, теперь содержит асимметричные стоп-сигналы для фермента РНК-полимеразы, который проходит по цепи ДНК и производит информационную РНК для белка. В зависимости от активности интегразы (и направления, в котором полимераза движется по цепи ДНК), работа фермента полимеразы прерывается или нет: поэтому конструкция в целом функционирует как сигнал-зависимый переключатель. Различные модификации этого принципа делают возможным несколько логических операций. По словам исследователей, их комбинация позволяет создавать еще более сложные схемы.
Возможные применения вентилей «логической логики логического интегрирования», или сокращенно «BIL Gates», «ограничены в лучшем случае воображением исследователей», - с энтузиазмом отмечает биофизик Моника Ортис, участвовавшая в исследовании.. В любом случае, с транзисторами, выполняющими логические операции, был найден третий из трех основных компонентов, который служит как в биологических компьютерах, так и в технической модели. Два других - элемент хранения и способ передачи данных - сравнительно легко копируются естественными механизмами, Энди, Ортиз и Ко настроены оптимистично.