Molekulární počítač pro živé buňky  
Generace vědců sní o samostatně fungujícím programovatelném molekulárním „počítači“, který by pracoval v nitru živé buňky, reagoval by na změny v její aktivitě a dokázal by nitrobuněčné procesy korigovat a řídit. Konstrukce takových molekulárních počítačů by mohly měnit životní pochody mikrobů, rostlin i živočichů a ovlivňovat jejich chování. Díky americkým vědcům Maung Nyan Winovi a Christině Smolkeové z California Institute of Technology jsme naplnění této fantaskní vize opět o krok blíž.

 

 

 

Christina D. Smolkeová


Win a Smolkeová zkonstruovali základní prvky elektronických počítačů z molekul ribonukleové kyseliny, jež buňkám slouží jako základní informace pro syntézu bílkovin. Srdcem jejich molekulárního počítače je ribozym. Tato krátká molekula ribonukleové kyseliny katalyzuje biochemické změny v jiných molekulách. Win a Smolkeová napojili na ribozym delší řetězec ribonukleové kyseliny, podle kterého buňky syntetizují zvláštní zeleně fluoreskující protein. Třetí součást představuje molekula ribonukleové kyseliny, jež slouží jako zapínač pro ribozym.  Zapínačovou molekulu lze vybrat tak, aby reagovala na zcela specifický podnět, například na přítomnost molekul antibiotika nebo na určitou bílkovinu.

Zvětšit obrázek
Yaakov (Kobi) Benenson (Weizmann Institute, Israel)

 

Když vnesli Win a Smolkeová řetězec ribonukleových kyselin do kvasinek, vyráběl se v nich  zelený fluoreskující protein. Jeho přítomnost prozrazoval zelenavý svit v buňkách. V přítomnosti signální molekuly, například bílkoviny, uvedl zapínač do činnosti ribozym a ten narušil řetězec sloužící jako předloha pro výrobu fluoreskujícího proteinu. Syntéza proteinu ustala a v kvasinkách zavládla tma.


 

Tento jednoduchý logický prvek je obdobou elektronického logického vstupu označovaného jako NOT. Oba fungují stejně. Když přijde do elektronického zařízení tohoto typu elektrický impuls, přeruší se průchod proudu. V případě molekulárního počítače znamená příchod bílkovinného signálu konec produkce fluoreskujícího proteinu. Z řetězců ribonukleové kyseliny lze konstruovat různé typy základních „součástek“ molekulárního počítače a z těch pak vytvářet složitější logické prvky. Některé například reagují jen na určitou kombinaci signálů – jakési molekulární heslo. Detailní popis studie otiskl prestižní americký vědecký časopis Science.

 

 

 

Zvětšit obrázek
Regulace genové exprese. Vypínací molekuly jsou ve stavu vypnuto (vpravo nahoře) jestliže nejsou navázány na malý molekulární ligand (zeleně). Při setkání s ligandem se přepínají se do zapnuté konformace a navazují se na cílový transkript – pokyn vysílaný z jádra buňky, podle něhož se má něco vykonat (modře). Po takovém navázání se vysílaný signál znehodnotí – k přenosu informace nedojde, dochází k inhibici genové exprese (vyjádření genu).

Oba vědci jsou přesvědčeni, že bude celkem jednoduché vnést uměle vytvořené molekuly ribonukleové kyseliny do savčích buněk nebo do bakterií a propojit větší počet těchto molekul tak, aby v buňce vykonávaly složitější operace. Molekulární logický obvod by mohl reagovat na poměrně komplikovaný signál hned několika molekul, jež jsou produkovány buňkou v různých stavech. Také odezva by mohla být komplexní. Buňka by například spustila produkci širšího spektra hormonů nebo léků.

 

„Je to neobyčejně důležitý krok na poli syntetické biologie a živých počítačů,“ hodnotí výsledky práce Wina a Smolkeové harvardský expert na živé počítače Kobi Benenson.
Benenson v roce 2007 propašoval do živé buňky logický prvek vytvořený z molekuly DNA. Jako signál použil syntetické molekuly, jež jsou buňkám cizí. Přínos Wina a Smolkeové spočívá kromě jiného i v tom, že jejich součástky pro molekulární počítač  reagují v buňce na její vlastní molekuly.

 

 



 

 

 

 

 

 

Datum: 28.10.2008 09:24
Tisk článku

Expres po stopách objevů -
 
 
cena původní: 349 Kč
cena: 300 Kč
Expres po stopách objevů


Diskuze:

Žádný příspěvek nebyl zadán



Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace