Учёные сделают работу биологических цепей более предсказуемой и полезной

Исследователи Массачусетского технологического института (МТИ) нашли способ снизить непредсказуемость поведения биологических цепей, заставив их работать наподобие электрических аналогов. Поводом к исследованию стал тот факт, что, несмотря на предсказуемость отклика отдельных компонентов биологических цепей, интеграция большего числа компонентов ведёт к меньшей предсказуемости работы.

По мнению учёных МТИ, существует множество потенциальных ниш для применения синтезированных биологических цепей. Один из вариантов применения – сфера биосенсорных исследований. Например, клетки, способные обнаруживать определённые молекулы в среде и запускать механизм реагирования. Такие клетки могли бы реагировать на маркеры, наличие которых говорит о развитии раковых опухолей. При их обнаружении биологические цепи могут автоматически запускать механизм уничтожения раковых клеток.

Важным моментом здесь является возможность цепей точно отделять здоровые и раковые клетки, чтобы механизм уничтожения не запустился там, где не должен. Для этого необходима выработка обрабатывающих информацию цепей на базе биологических элементов в рамках клетки.

До сегодняшнего дня надёжная и предсказуемая работа биологических цепей не была возможной, отчасти из-за эффектов обратной связи, когда задействовано множество каскадов биологических цепей. Проблема возникает потому, что в отличие от электронных цепей, где один компонент физически связан с соседним, что обеспечивает предсказуемой передачей информации в заданном направлении, в биологических цепях компоненты перемещаются относительно друг друга в комплексных жидких средах внутри клетки.

Передача информации обусловлена химическими реакциями отдельных компонентов, которые, в идеале, должны взаимодействовать лишь с набором определённых компонентов. Но на практике оказывается, что любые попытки создания подобных биологических связей приводят к результатам, далеким от ожиданий.

Команда из МИТ разработала компонент, названный драйвером нагрузки. Эффект его работы аналогичен электронному аналогу. Компонент создаёт своеобразный буфер между сигналом и выходом, исключая эффекты обратного тока и задержек. И хотя разработка находится на раннем этапе, а до коммерческой реализации могут пройти годы, учёные отмечают широкую применимость компонента. Например, разработка могла бы использоваться в синтезированных биологических цепях, постоянно измеряющих уровень глюкозы в крови больных диабетом и автоматически запускающих механизм поступления инсулина при необходимости.