ابداع زبان برنامه نویسی برای سلول های زنده

به گزارش کلیک، با استفاده از این زبان می توان برای هر کارکردی که سلول های زنده بخواهند یک برنامه اختصاصی نوشت؛ مثلا برای آشکارسازی و پاسخ به شرایط محیطی خاص. این سلول ها می توانند یک توالی DNA تولید کنند.

به نقل از یکی از مهندسین بیولوژی، این ابداع به واقع یک زبان برنامه نویسی برای باکتری ها محسوب می شود. شما می توانید از زبان متنی استفاده کنید. درست مثل اینکه دارید برای یک کامپیوتر برنامه نویسی می کنید. سپس آن متن را تفسیر و کامپایل و در نهایت به یک توالی DNA تبدیل می کنید که درون سلول قرار داده می شود و مدار در داخل سلول به گردش در می آید.
مهندسین بیولوژی دانشگاه بوستون و موسسه ملی استاندارد و تکنولوژی از این زبان برای ساخت مدارهایی با قابلیت ردیابی و کشف حدود سه ورودی و پاسخ دهی به روش های مختلف استفاده کردند. از کاربردهای این زبان برنامه نویسی در آینده می توان به این موارد اشاره کرد: طراحی سلول هایی که بتوانند در هنگام کشف و آشکارسازی تومورها، سلول سرطانی تولید کنند یا ساخت سلول های مخمر با قابلیت توقف فرآیند تخمیر خود در شرایطی که محصولات سمی بسیار زیاد تولید می شود.

بیولوژِیست ها و مهندسین توانستند در طی ۱۵ سال بخش های ژنتیکی متعددی مثل انواع سنسورها، سوئیچ های حافظه و ساعت های بیولوژیکی طراحی کنند که با هدف اصلاح کارکردهای موجود و افزودن کارکردهای جدید سلول با هم تلفیق می شوند.
با وجود این، طراحی مدارها به عنوان یک فرآیند پر زحمت تلقی می شود که مستلزم تخصص زیاد است و غالبا با آزمون و خطای فراوان همراه است. به گفته بیولوژیست متخصص این پژوهش، کاربران این زبان برنامه نویسی جدید نیاز به دانش تخصص مهندسی ژنتیک ندارند و بی تجربگی در این زمینه مانع از کار کردن با آن نمی شود. شما می توانید وارد سرور مبتنی بر وب (Web) شوید و نوع برنامه ایی که می خواهید را انتخاب کنید و برنامه، توالی DNA را بر می گرداند.
این زبان برنامه نویسی معمولا برای برنامه نویسی تراشه های کامپیوتری استفاده می شود. محققان برای ساخت نسخه ایی از زبان که برای سلول ها کار می کند المان های کامپیوتری مثل گیت های لاجیک و سنسورهایی طراحی کردند که در DNA سلول های باکتریایی کدگذاری می شوند. این سنسورها می توانند ترکیبات مختلف مثل اکسیژن یا گلوکز و همچنین دما، نور، اسیدیته و سایر شرایط محیطی را آشکار کنند. ماربران می توانند سنشورهای خود را نیز اضافه کنند. به گفته محققان، انطباق پذیری این زبان بسیار بالاست.

طراحی چهارده گیت لاجیک مورد استفاده در مدارها بزرگترین چالش مواجه با این زبان محسوب می شود. چرا که این گیت ها هنگامی که در محیطی کمپلکس یک سلول زنده قرار می گیرند با هم مداخله پیدا نمی کنند.
این قسمت های ژنتیکی در نسخه فعلی زبان برنامه نویسی برای E. coli بهینه سازی می شود. اما محققان در حال کار روی گسترش زبان برنامه نویسی برای دیگر نژادهای باکتریایی مثل باکتروئیدها که معمولا در روده انسان وجود دارند و پسودوموناها که غالبا در ریشه گیاهان زندگی می کنند و هم چنین مخمر ساکارومایسس سرویزیه هستند. این امر به کاربران اجازه می دهد تا یک برنامه جداگانه بنویسند و آن را برای ارگانیسم های مختلف کامپایل کنند تا به توالی DNA راست برای هر ارگانیسم دست یابند.

مدارهای بیولوژیکی
محققان با استفاده از این زبان ۶۰ مدار با کارکردهای مختلف برنامه نویسی کردند. از این ۶۰ مدار، ۴۵ مورد در آزمایش اول به درستی کار کردند. بسیاری از مدارها با هدف اندازه گیری یک یا چند شرایط محیطی مثل میزان اکسیژن یا غلظت گلوکز و پاسخ دهی بر همین اساس طراحی شدند. مدار دیگری جهت رتبه بندی سه ورودی متفاوت و سپس پاسخ دهی بر اساس اولویت هر کدام طراحی شد.
یکی از مدارهای جدید که در واقع بزرگترین مدار بیولوژیکی است که تا کنون ساخته شده دارای هفت گیت لاجیک و حدود ۱۲۰۰۰ جفت پایه DNA است.
مزیت دیگر این تکنیک، سرعت آن است. پیش از این سال ها طول می کشید تا بتوان این نوع مدارها را ساخت. اما اکنون فقط کافی است دکمه را فشار دهید وبلافاصله به یک توالی DNA برای آزمایش دست یابید.

این تیم پژوهشی با این رویکرد می توانند روی اپلیکیشن های متعدد کار کنند. مثلا باکتری هایی که برای کمک به هضم لاکتوز بلعیده می شوند، باکترهای که روی ریشه گیاهان زندگی می کنند و در صورتی که متوجه در خطر بودن گیاه شوند آفت کش تولید می کنند، و مخمرهایی که در صورت تولید محصولات فرعی بسیار زیاد در راکتور تخمیر با هدف توقف فعالیت مهندسی می شوند.

منبع: phys