Инженеры из Массачусетского технологического института разработали язык ДНК-программирования, который позволит человеку без углубленных знаний биологии создавать бактерии с желаемыми свойствами. Статья с результатами работы опубликована в ведущем научном журнале Science.
Целью ученых было создание удобного инструмента для строительства биологического аналога логических схем внутри живой клетки. Каждая такая схема, которая состоит из ДНК-компонентов, может быть помещена в бактерии, чтобы наделить их способностью правильно реагировать на определенные условия окружающей среды.
Сначала пользователь, как и в других языках программирования, должен написать текстовый код, который затем компилируется, то есть переводится на язык нуклеиновых кислот. Текст описывает логические компоненты, которые необходимы для выполнения требуемой функции, а компилятор подбирает соответствующие молекулы ДНК. По словам ученых, такой подход позволит спроектировать бактериальные клетки, способные производить лекарства от рака, а также дрожжи, которые останавливают процесс брожения, если накопилось слишком много токсичных продуктов.
За последние десятилетия биологи и инженеры разработали множество генетических устройств: датчики, носители памяти, биологические часы и многие другие. Все они могут быть объединены в различные схемы, позволяющие усовершенствовать функции внутри клеток или даже добавлять новые. Разработанный учеными язык ДНК-программирования позволяет создавать такие схемы человеку даже без специального образования.
В основе языка лежит Verilog — среда для программирования компьютерных микросхем. Чтобы получить ее версию для клеток, инженеры создали вычислительные элементы и биологические сенсоры, которые возможно закодировать в виде ДНК. Сенсоры могут быть чувствительными к различным веществам вроде кислорода или глюкозы, а также к свету, температуре или кислотности среды.
Ученым удалось создать 60 схем с различными функциями, при этом 45 из них правильно работали уже при первых испытаниях. Одна из схем представляет собой крупнейшую из искусственных биологических цепей, которая включает в себя 12 тысяч спаренных оснований ДНК.
Исследователи планируют усовершенствовать язык, чтобы получить бактерии, которые могли бы помочь человеку переваривать лактозу, жить в корнях растений и производить инсектициды, если на растения нападают вредители, и многие другие полезные организмы.
В прошлом году американское Управление по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных препаратов впервые одобрило употребление в пищу генетически модифицированного лосося. Также рассматривается возможность одобрения продажи комаров, которые не способны быть переносчиками опасных тропических болезней.
