MIT mühəndisləri bakteriyalardan canlı elektron lövhə yaradıblar

Massaçusets Texnologiya İnstitutunun (MIT) mühəndisləri tranzistor kimi fəaliyyət göstərə bilən bakteriyalar hazırlayıblar. Bu texnologiya gələcəkdə Petri qabında böyümə mühitinin üzərinə çap edilə bilən “canlı elektron lövhələrin” yaradılmasına imkan verə bilər. Ənənəvi elektron sistemlərdə tranzistorlar elektrik cərəyanının keçib-keçməməsinə nəzarət edən açar rolunu oynayır. MIT tədqiqatçılarının hazırladığı bioloji sistemdə isə genetik olaraq dəyişdirilmiş bakteriyalar oxşar funksiyanı yerinə yetirərək məlumatı dövrənin digər hissələrinə ötürən kiçik siqnal molekullarının hərəkətini tənzimləyir. Tədqiqatçılar iki növ bakterial tranzistor və onların arasında rele funksiyasını yerinə yetirən daha üç bakteriya ştammı hazırlayıblar. Bu beş ştam birlikdə müxtəlif dövrə sxemlərinin qurulmasına imkan verən çevik bioloji alətlər dəsti formalaşdırır. Yeni araşdırmada komanda iki və ya üç giriş siqnalını birləşdirə bilən, eləcə də daxil olan siqnalı dövrə daxilində müəyyən edilmiş istiqamətə yönləndirən sistemlər yaradıb. Tədqiqatın aparıcı müəllifi, MIT-də doktorantura sonrası tədqiqatçı Həmid Dusthosseyni bildirib ki, komanda ilkin mərhələdə kompüter arxitekturasında geniş istifadə olunan bəzi komponentləri hazırlayıb. Onun sözlərinə görə, bu beş bakteriya ştammından istifadə etməklə müxtəlif 

Tədqiqatçıların uzunmüddətli məqsədi bitkilərin yarpaqları və ya kökləri üzərində yerləşdirilə bilən bioloji dövrələr yaratmaqdır.

Belə sistemlər ətraf mühitdə baş verən dəyişikliklər, o cümlədən quraqlıq və zərərvericilərin hücumu barədə məlumatları emal edə və buna uyğun bioloji reaksiyanın başladılmasına kömək göstərə bilər. Araşdırmanın baş müəllifi MIT-nin Bioloji Mühəndislik Departamentinin rəhbəri Kristofer Voyqtdur. Tədqiqatın nəticələri bu yaxınlarda Nature Chemical Biology jurnalında dərc olunub. Keçmiş MIT doktorantı Haoronq Çen də araşdırmanın müəllifləri sırasındadır.

Sintetik biologiyada dövrələr adətən hüceyrələrin müəyyən zülallar və bir-biri ilə xüsusi şəkildə qarşılıqlı əlaqəyə girən transkripsiya faktorları istehsal etməsi yolu ilə qurulur. Məsələn, belə bir sistem müəyyən molekulu aşkar etdikdən sonra konkret nəticənin yaranmasına səbəb ola bilər. Bu sistemlər müxtəlif məntiqi əməliyyatları yerinə yetirə bilsə də, onların mühüm məhdudiyyətləri var. Dövrə daxilində arzuolunmaz qarşılıqlı təsirlərin qarşısını almaq üçün adətən müxtəlif funksiyalar üzrə fərqli transkripsiya faktorlarından istifadə edilir. Uyğun transkripsiya faktorlarının sayı məhdud olduğundan, bir hüceyrənin daxilində qurula bilən dövrələrin mürəkkəbliyinin də müəyyən həddi var. Bundan başqa, bir hüceyrəyə həddindən artıq sayda dövrənin yerləşdirilməsi onun zülal istehsalı üçün istifadə etdiyi mexanizmlərə əlavə yük yarada bilər. MIT komandası bu problemi fərqli üsulla həll etməyə çalışıb. Tədqiqatçılar bütün dövrəni bir hüceyrənin daxilində yerləşdirmək əvəzinə, ayrı-ayrı hüceyrələri tranzistora bənzər komponentlər kimi işləmək üçün modifikasiya ediblər. Daha sonra həmin hüceyrələri müxtəlif kombinasiyalarda birləşdirərək daha geniş çeşiddə dövrələr qurmaq mümkün olub. 

Hər bir tranzistor həmçinin OC-12 adlı digər molekulu aşkar edə bilir. OC-12-nin mövcud olub-olmamasından və tranzistorun aktiv vəziyyətindən asılı olaraq hüceyrə OHC-14 adlı siqnal molekulu istehsal edir.

Komanda Pantoea agglomerans bakteriyasının daha üç ştammını bioloji rele kimi fəaliyyət göstərmək üçün modifikasiya edib.

Bu ştamlar OHC-14 siqnalını başqa bir çıxış siqnalına çevirir və həmin siqnal daha sonra digər tranzistora ötürülə bilir. Beləliklə, tədqiqatçılar elektron dövrə lövhəsinin quruluşuna bənzər şəkildə bakterial komponentləri bir-birinə “birləşdirə” bilirlər.

Mümkün sxemlərdən biri ikitərəfli açardır. Bu sistemdə iki tranzistor OC-12 molekulunu aşkar edə və ayrıca idarəetmə siqnalından asılı olaraq məlumatı müxtəlif rele ştamlarına yönləndirə bilər. Daha sonra siqnal əlavə tranzistorlara ötürülərək orada emal edilə bilər. Dövrələri fiziki olaraq yaratmaq üçün tədqiqatçılar bakteriya koloniyalarını böyümə mühiti olan aqarlı lövhələrin üzərinə çap ediblər. Bir-birinə yaxın koloniyalar arasında təxminən 5 millimetr məsafə saxlanılıb. Bu məsafə mühüm əhəmiyyət daşıyır. Çünki o, hər bir kimyəvi siqnalın nə qədər uzağa yayıla biləcəyini məhdudlaşdırır. Siqnal yalnız ən yaxın koloniyaya çatır və həmin koloniya məlumatı növbəti komponentə ötürür. Nəticədə məlumatın dövrə boyunca müəyyən istiqamətdə hərəkət etməsinə imkan verən idarəolunan yol yaranır.

Tədqiqatçılar göstəriblər ki, bir tranzistor dövrədə yerləşdirildiyi mövqedən asılı olaraq müxtəlif məntiqi əməliyyatları yerinə yetirə bilər. Bunlara çoxgirişli, “və ya” və “implikasiya” məntiq qapıları daxildir. Komanda daha mürəkkəb sistemlər yaratmaq üçün tranzistorları da birləşdirib. Hazırlanan dövrələr iki siqnalı toplaya, eyni vaxtda daha çox sayda siqnalı emal edə və demultipleksor kimi fəaliyyət göstərə bilib.

Demultipleksor bir giriş siqnalını idarəetmə siqnalından asılı olaraq bir neçə mümkün çıxışdan yalnız birinə yönləndirən sistemdir. Tədqiqat çərçivəsində nümayiş etdirilən ən böyük dövrə bir-birinə bağlanmış 24 bakteriya koloniyasından ibarət olub və iki giriş siqnalının toplanması üçün hazırlanıb.

Kristofer Voyqt bildirib ki, araşdırma ayrı-ayrı hüceyrələrdə daha sadə funksiyaların birləşdirilməsi yolu ilə daha mürəkkəb funksiyalara keçməyin mümkün olduğunu göstərir. Onun sözlərinə görə, hesablama baxımından kompüterlərin yerinə yetirdiyi əməliyyatların bu dövrələr vasitəsilə həyata keçirilməsi də nəzəri olaraq mümkündür.

Canlı bakterial dövrələr elektron kompüterlərlə müqayisədə olduqca yavaş işləyir. Bir hesablamanın tamamlanması təxminən 8 saat çəkir. Lakin tədqiqatçıların nəzərdə tutduğu bioloji tətbiqlər üçün bu sürət kifayət edə bilər. Voyqtun sözlərinə görə, məqsəd kompüterləri əvəz etmək deyil, bioloji sistemlərə hesablama imkanları qazandırmaqdır. Məsələn, bakteriyalar bitkinin kökündə yerləşdirilərsə və ya hesablama funksiyasını birbaşa bitki özü yerinə yetirərsə, bir neçə saat ərzində sadə hesablamanın aparılması bitkinin böyümə mövsümü ilə müqayisədə kifayət qədər sürətli hesab edilə bilər. 

mənbə: scitechdaily.com