مترجم: نادر داودي
سلول‌هاي زنده دائماً اطلاعات را پردازش مي‌كنند تا بتوانند از تغييرات جهان اطرافشان آگاه شوند و پاسخ مناسبي ارائه دهند. این در حالی است که امروزه دانشمندان با اقتباس از الکترونیک درون سلول‌های زنده مدار ایجاد کرده‌اند.
نظريه تكامل تدريجي طي ميلياردها سال آزمون و خطا به شيوه‌اي براي پردازش اطلاعات دست يافت. در ريزتراشه‌هايي كه كامپيوترها را به كار مي‌اندازند امكانات پردازش اطلاعات داده‌ها را به صفر و يك‌هاي غيرمبهم تبديل مي‌كند؛ اما موضوع در سلول‌ها آنقدرها هم ساده نيست. دي ان اي، پروتئين‌ها، ليپيدها و قندها در ساختارهايي پيچيده و تفكيك شده قرار گرفته‌اند. اما دانشمنداني كه مي‌خواهند توانايي سلول‌ها را همانند كامپيوترهاي واقعي تحت كنترل درآورند تا بتوانند به بيماري‌ها عكس‌العمل نشان دهند، سوخت‌هاي زيستي مفيد يا مواد شيميايي گياهي توليد كنند، منتظر تحولي براي ساخت سيستم سلولي مطلوبشان نيستند. به تازگي گروهي از محققان زيست‌شناسي مصنوعي روش جديدي را در پردازش ديجيتالي اطلاعات سلول‌هاي زنده نشان دادند كه مشابه گيت‌هاي منطقي به كار رفته در مدارهاي الكتريكي است. آنها مجموعه‌اي از ژن‌هاي مصنوعي ساختند كه درون سلول مشابه گيت نايا (كه معمولاً در مدارهاي الكتريكي استفاده مي‌شود) عمل مي‌كند؛ كه درصورتي‌كه هر دو ورودي‌ها منفي باشند براي سيگنال مثبت هركدام دراي 2 ورودي و 1 گذرگاه است. گيت‌هاي نايا از نظر عملكرد كامل هستند به اين معنا كه مي‌توان آنها را بر اساس ترتيب متفاوتي سرهم كرد و هر نوع مدار پردازش اطلاعاتي كه مي‌خواهيم را ايجاد كنيم.
مهندسان دانشگاه ويسكانسين اين كار را به‌جاي محيط كاري الكتريكي درون سلول‌هاي مخمر و با استفاده از دي ان‌اي به‌جاي سيليكون و لحيم انجام دادند. مداري كه اين محققان ساختند بزرگ‌ترين مداري است كه تاكنون براي سلول‌هاي يوكاريوتي ايجاد شده كه همانند سلول‌هاي انسان داراي هسته و ديگر ساختارهايي است كه رفتارهاي پيچيده را امكان‌پذير مي‌كنند.
نويسنده ارشد و استاد مهندسي برق دانشگاه ويسكانسين اظهار داشت: درحالي‌كه اجراي برنامه‌هاي ساده در سلول‌ها با سرعت يا صحت محاسبات سيليكون برابري نخواهد كرد، برنامه‌هاي ژنتيكي مي‌توانند به‌طور مستقيم با محيط سلول‌ها روابط متقابل داشته باشند. براي مثال سلول‌هاي دوباره برنامه‌ريزي‌شده در بيمار قادرند تصميمات درماني در بسياري از بافت‌هاي مرتبط را مورد هدف قرار دهند و نياز به تشخيص‌هاي پيچيده و رويكردهاي زنجيره‌اي گسترده براي درمان را برطرف كنند.
هر گيت نايا سلولي از ژني با 3 دي‌ان‌اي كشسان قابل‌برنامه‌ريزي تشكيل‌شده است كه دوتاي آن به‌عنوان ورودي و يكي از آنها به‌عنوان خروجي عمل مي‌كند. سپس با استفاده از فناوري جديد معروف به CRISPR- Cas9 توالي‌هاي مخصوص دي ان‌اي درون سلول را مورد هدف قرار مي‌دهند. پروتئين Cas9 در مدار همانند دروازه‌بان مولكولي عمل مي‌كند كه با قرار گرفتن روي دي ان‌اي مشخص مي‌كند كه آيا گيت خاصي فعال شود يا نه.
اگر گيتي فعال باشد سيگنالي را ارسال مي‌كند كه به Cas9 فرمان مي‌دهد تا گيت ديگري را در مدار غيرفعال كند. محققان در اين روش مي‌توانند به‌منظور ايجاد برنامه‌هاي منطقي درون سلول‌ها، گيت‌ها را به هم متصل كنند.
محققان اظهار داشتند: چيزي كه اين پژوهش را از كارهاي قبلي متمايز مي‌سازد اين است كه مقياس پيچيدگي مدارها با موفقيت فراهم شد كه شامل بيش از 7 گيت نايا است كه به‌صورت سري يا موازي سرهم شده است.
مدارها در اين اندازه مي‌توانند با دريافت اطلاعات از حسگرهاي محيطي مختلف رفتارهايي سودمند اعمال كنند و محاسباتي را انجام دهند تا در مورد واكنش صحيح تصميم‌گيري كنند. برنامه‌هاي كاربردي تصويري داراي سلول‌هاي مهندسي‌شده ايمني هستند كه مي‌توانند به سرطان‌زاها يا زيست‌حسگرهاي سلولي كه قادرند به‌آساني بيماري‌هاي عفوني را در بافت‌هاي بيمار تشخيص دهند، پاسخ دهند.
محققان اظهار داشتند: مدارهاي بزرگ دي‌ان‌اي در داخل سلول گامي بزرگ به‌سوي برنامه‌دار كردن سلول‌هاي زنده است. آنها طرحي كلي ارائه دادند كه درآن برنامه‌هاي منطقي مي‌توانند به‌آساني به‌منظور كنترل فعاليت و وضعيت سلول به كار گرفته شوند.
منبع:ساينس ديلي
