Od wczesnego wykrywania i wewnętrznego leczenia chorób po przyszłe zastosowania, takie jak zwiększanie ludzkiej pamięci, obliczenia biologiczne lub biokomputery, ma potencjał, by zrewolucjonizować medycynę i komputery. Tradycyjne komputery mają ograniczone możliwości interakcji z żywymi narządami, co utrudnia rozwój urządzeń medycznych. Skomputeryzowane implanty wymagają stałego dopływu energii elektrycznej, mogą bliznowacić tkanki miękkie, które czynią je bezużytecznymi i nie mogą leczyć się tak, jak organizmy żywe. Wykorzystując molekuły biologiczne, takie jak DNA lub białka, bioinformatyka może przezwyciężyć te ograniczenia.
Biokomputery są zwykle wykonywane z żywymi komórkami lub nieożywionymi, wolnymi od enzymów cząsteczkami. Żywe komórki mogą się same odżywiać i leczyć, ale zmiana orientacji komórek z ich normalnych funkcji w kierunku obliczeń może być trudna. Nieożywione cząsteczki rozwiązują niektóre problemy żywych komórek, ale mają słabe sygnały wyjściowe i są trudne do dostrojenia i regulacji.
W Nowe wyszukiwanie Zespół naukowców z University of Minnesota, opublikowany w czasopiśmie Nature Communications, opracował platformę dla trzeciej metody biokomputerowej: Trumpet lub Transcriptional RNA Universal Multi-Purpose GatE PlaTform.
Trumpet wykorzystuje enzymy biologiczne jako katalizatory do obliczeń molekularnych opartych na DNA. Naukowcy przeprowadzili operacje bramek logicznych, podobne do tych wykonywanych przez wszystkie komputery, w probówkach przy użyciu cząsteczek DNA. Dodatnie połączenie bramki spowodowało fosforyzującą poświatę. DNA tworzy obwód, a fluorescencyjny RNA zapala się, gdy obwód jest zamknięty, podobnie jak żarówka podczas testowania płytki drukowanej.
Zespół badawczy wykazał, że:
- Platforma Horn charakteryzuje się prostotą bioobliczeń molekularnych z dodatkowym wzmocnieniem sygnału i programowalnością.
- Platforma jest zaufana do kodowania wszystkich uniwersalnych bramek logicznych (NAND, NOT, NOR, AND, OR), które są fundamentalne dla języków programowania.
- Bramki logiczne można układać w stosy, aby budować bardziej złożone obwody.
- Zespół opracował narzędzie internetowe, które ułatwia projektowanie sekwencji dla platformy trąbkowej.
„Trąbka to nieożywiona platforma molekularna, więc nie mamy większości problemów związanych z inżynierią żywych komórek” – powiedział współautor. Kate AdamałaAdiunkt, Kolegium Nauk Biologicznych. „Nie musimy pokonywać ograniczeń ewolucyjnych, aby zmuszać komórki do robienia rzeczy, których nie chcą. Ta trąbka zapewnia również większą stabilność i niezawodność, ponieważ nasze bramki logiczne pozwalają uniknąć problemów z wyciekami dla procesów żywych komórek.”
Chociaż Trumpet jest wciąż we wczesnej fazie beta, ma ogromny potencjał w przyszłości. „Może to umożliwić wiele długotrwałych implantów neuronowych. Zastosowania mogą obejmować zastosowania czysto medyczne, takie jak leczenie uszkodzonych połączeń nerwowych lub kontrolowanie protez, po zastosowania bardziej science fiction, takie jak rozrywka lub nauka i zwiększona pamięć” – powiedział Adamala .
Główny autor i doktorant. kandydat Judy Szaron Trąbka służy do opracowywania aplikacji biomedycznych do wczesnej diagnostyki raka. Innym możliwym zastosowaniem jest „fizjoterapia” – diagnozy medyczne i terapie skojarzone w obrębie organizmu. Na przykład obwód biologiczny może wykryć niski poziom insuliny u pacjenta z cukrzycą i aktywować białka w celu wytworzenia wymaganej insuliny. Ten typ urządzenia może być wystarczająco mały, aby krążyć w krwioobiegu pacjenta.
Badania są wspólnym projektem Katedry Genetyki, Biologii Komórki i Rozwoju Kolegium Nauk Biologicznych oraz Katedry Informatyki Kolegium Nauk Biologicznych.
„Analityk. Nieuleczalny nerd z bekonu. Przedsiębiorca. Oddany pisarz. Wielokrotnie nagradzany alkoholowy ninja. Subtelnie czarujący czytelnik.”
