By Природа є майстринею у конструюванні біологічних машин та схем, котрі, зокрема, регулюють наш внутрішній годинник, наглядають за копіюванням генів і допомагають рухатись клітинам, – пише Рейчел Ньоювер у журналі “Scientific American”.
“Зараз інженери вчаться проектувати і конструювати нові біохімічні пристрої, як-от нанофабрики, біологічні схеми, та навіть молекулярні комп’ютери. До тепер у працях такого типу використовувалися передусім існуючі складники клітин (наприклад, ензими), але є також дослідники, які воліють починати з основ. Мовою програмування ці “молекулярні програмісти” обирають ДНК. Їхньою метою є конструювання схем і машин, які зможуть конкурувати зі своїми натуральними відповідниками. Нещодавно науковці досягли успіху, будуючи перший осцилятор, тобто молекулярний годинник, створений виключно з ДНК.
Це переломне досягнення, описане в грудні минулого року в “Science”, доводить, що ДНК є не лише пасивним носієм генетичної інформації. Навпаки, як пояснює Девід Соловейчік, інженер-електрик та інформатик з Техаського університету в Остіні, ДНК є частинкою, котра самостійно “здатна до складної поведінки”. Осцилятор, збудований з ДНК, є великим досягненням біоінженерії, і має шанси стати інтегральним елементом таких переломних досягнень синтетичної біології, як часовий контроль процесів у штучних клітинах, регулювання процесу вивільнення ліків і синхронізація молекулярних комп’ютерів.
Щоб сконструювати прилад, Соловейчік, Ніраньян Срінівас, тодішній докторант Каліфорнійського технологічного інституту, та їхні колеги розробили компілятор ДНК, тобто набір алгоритмів, які дозволяють програмістові давати завдання відповідно до будови часток без вникання у складну біохімію. Програма тлумачить завдання на секвенції ДНК, які синтезуються і перемішуються між собою. Зв’язки самоорганізуються, створюючи молекулярні машини.
Використовуючи компілятор, колектив запрограмував прототипний осцилятор ДНК, що виробляє ланцюжки повторюваних імпульсів “тік” і “так”. Соловейчік пояснює, що у такий самий спосіб можна досягнути й більш складної поведінки, наприклад, зміну швидкості годинника у відповідь на хімічні сигнали. Годинники такого типу повинні врешті-решт зробити можливими здійснення хімічних підрахунків, адже перші механічні комп’ютери були все ж рафінованими годинниками.
Пенґ Їн, біолог систем із Гарвардського університету, котрий не брав участі у дослідженні, визнає, що на нього справили враження ці праці, які він називає “важливим кроком у напрямку молекулярного програмування, нанотехнологією, базованою на динаміці ДНК і синтетичною біологією in vitro”. Ба більше, оскільки, на думку науковців, початки життя пов`язані з подібними до ДНК часточками РНК, Соловейчік вважає, що “оприлюднення можливості нестандартної і неочікуваної поведінки нуклеїнових кислот, як ДНК і РНК, розширило наше розуміння походження життя”.
