211service.com
Biologi labprāt programmētu šūnas tā, it kā tās būtu datoru mikroshēmas
Deivida S. Gudsela ilustrācija
Sēžot savā starta laboratorijas telpā MIT universitātes pilsētiņas nomalē, Alekss Nīlsens atver savu klēpjdatoru un ieraksta instrukcijas ģenētiski modificētai rauga šūnai, kas mirdzēs dzeltenā krāsā. Viņš stāsta programmai, ar kādu cukuru viņš plāno barot šūnu — arabinozi un laktozi — un norāda, ka tai jāveido fluorescējošs proteīns, kas parasti sastopams medūzās.
Datoram nepieciešamas aptuveni 60 sekundes, pirms tiek izspļauts aptuveni 11 000 DNS burtu saraksts, kā arī shēmas shēma.
Nielsen vada jaunuzņēmumu ar nosaukumu Asimovs kas mēģina automatizēt sarežģītu ģenētisko modifikāciju izstrādi. Tās programmatūra, ko sauc par CELLO, ir veidota pēc tāda veida, ko izmanto elektronisko shēmu un datoru mikroshēmu plānošanai ar miljardiem tranzistoru.
'Shēmas diagramma' parāda, kā molekulārajam ceļam vajadzētu darboties mikroorganismā.
Bioloģijas pētījumi lielākoties ir eksperimentāli. Jūs nezināt, kas darbosies, kamēr neesat to izmēģinājis. Bet Asimovs domā, ka tas var novērst dažus minējumus, veidojot inženierijas organismus. Mēs pirms pāris gadiem nolēmām risināt šo ļoti sarežģīto problēmu un padarīt to tikpat vienkāršu kā datora programmēšanu, saka Kristofers Voigts, MIT profesors, kurš ir uzņēmuma līdzdibinātājs. Mēs sākam domāt par to, kā elektroniskās shēmas projektēšanas rīkus izmantot ģenētisko shēmu dizainā.
Olbaltumvielu, biodegvielu vai ķīmisko vielu ražošana šūnās nav nekas jauns. No turienes nāk insulīns, alkohols un veļas mazgāšanas līdzekļos esošie fermenti. Taču nav viegli iegūt mikrobu, lai radītu to, ko vēlaties — kad vēlaties, bez pūlēm nomirt.
Tagad zinātnieki izstrādā jaunas paaudzes organismus, kas dara vairāk, nekā nepārtraukti izsūknē gēnu produktus, piemēram, rūpnīcas. Viņi vēlas, lai viņi uztvertu un reaģētu uz vides norādēm, ieslēgtos noteiktos laikos vai kļūtu par gudrām vēža zālēm, kas ir nāvējošas tikai audzēja iekšienē.
Daži produkti ar šādiem slēdžiem jau ir izstrādes stadijā. Uzņēmums Synlogic klīniskā izmēģinājuma ietvaros pārbauda baktērijas ar gēnu ķēdi, ko cilvēki norij. Lielie zāļu uzņēmumi ir sākuši iegādāties jaunuzņēmumus ar idejām jaunām šūnām, kas cīnās ar vēzi.
Alec Nielsen (pa kreisi) un Raja Srinivas ir vieni no starta dibinātājiem, kas cenšas paātrināt mikroorganismu inženieriju.
Voigt laboratorija pēdējo desmit gadu laikā izstrādāja ģenētiskos slēdžus, kas veic pamata loģiskus uzdevumus, piemēram, gaida divus bioloģiskos signālus pirms ieslēgšanas.
2016. gadā viņš, Nīlsens un citi demonstrēja CELLO programmatūru, kas tik ļoti paātrināja ģenētisko dizainu, ka aptuveni nedēļas laikā varēja izveidot 52 šādas shēmas. Vairāk nekā divas trešdaļas faktiski strādāja. Tas sabiezina gadu darbu dažās nedēļās, saka Voigts. Mēs pavadījām daudz laika, lai noskaidrotu, kāpēc pamatelementi neizdodas un kā tos salabot, un kā izolēt sistēmu, lai tie darbotos dažādās kombinācijās.
Asimovs piesaistīja līdzekļus no Andreessen Horowitz, Silīcija ielejas riska kapitāla uzņēmuma, kuram ir 450 miljonu ASV dolāru fonds, kas iegulda biotehnoloģiju uzņēmumos, kas ietver programmatūras vai datortehnikas koncepcijas. Asimova plāns ir izstrādāt shēmas klientiem un piegādāt viņiem nepieciešamās DNS konstrukcijas.
Ja bioloģisko dizainu var padarīt paredzamāku, Nīlsens redz dažus ierobežojumus tam, kā to varētu izmantot. Mēs domājam, ka ģenētiskās ķēdes sāks parādīties visos produktos, kas katru dienu skar mūsu dzīvi, sākot no pārtikas produktiem līdz drēbēm un beidzot ar zālēm, viņš saka.