Transkriptor - Transcriptor

Für den ersten Schritt der Genexpression siehe Transkription (Genetik) .

Ein Transkriptor ist eine transistorähnliche Vorrichtung, die eher aus DNA und RNA als aus einem halbleitenden Material wie Silizium besteht . Vor seiner Erfindung im Jahr 2013 wurde der Transkriptor als wichtiger Bestandteil für den Bau biologischer Computer angesehen .

Hintergrund

Um zu funktionieren, benötigt ein moderner Computer drei verschiedene Funktionen: Er muss in der Lage sein, Informationen zu speichern , Informationen zwischen Komponenten zu übertragen und über ein grundlegendes Logiksystem verfügen . Vor März 2013 hatten Wissenschaftler erfolgreich die Fähigkeit demonstriert, Daten unter Verwendung biologischer Komponenten aus Proteinen und DNA zu speichern und zu übertragen . Einfache Logikgatter mit zwei Anschlüssen wurden demonstriert, erforderten jedoch mehrere Eingangsschichten und waren daher aufgrund von Skalierungsschwierigkeiten unpraktisch.

Erfindung und Beschreibung

Am 28. März 2013 gab ein Team von Bioingenieuren der Stanford University unter der Leitung von Drew Endy bekannt, dass sie das biologische Äquivalent eines Transistors geschaffen haben, den sie als "Transkriptor" bezeichneten. Das heißt, sie haben ein Gerät mit drei Anschlüssen mit einem Logiksystem erstellt, das andere Komponenten steuern kann. Der Transkriptor reguliert den Fluss der RNA-Polymerase durch einen DNA-Strang unter Verwendung spezieller Enzymkombinationen, um die Bewegung zu steuern. Laut Projektmitglied Jerome Bonnet ist "die Auswahl der Enzyme wichtig. Wir haben sorgfältig darauf geachtet, Enzyme auszuwählen, die in Bakterien, Pilzen, Pflanzen und Tieren funktionieren, damit Biocomputer in einer Vielzahl von Organismen konstruiert werden können."

Transkriptoren können herkömmliche UND- , ODER- , NOR- , NAND- , XOR- und XNOR-Gatter mit Äquivalenten replizieren , die Endy in einem einschichtigen Prozess als "Boolean Integrase Logic (BIL) -Gatter" bezeichnet hat (dh ohne dass mehrere Instanzen der einfacheren Gatter erforderlich sind) komplexere aufzubauen). Wie ein herkömmlicher Transistor kann ein Transkriptor ein Eingangssignal verstärken. Eine Gruppe von Transkriptoren kann nahezu jede Art von Berechnung durchführen, einschließlich Zählen und Vergleichen.

Einschlag

Stanford widmete das Design des BIL-Tors der Öffentlichkeit , was seine Einführung beschleunigen könnte. Laut Endy nutzten andere Forscher die Tore bereits, um den Stoffwechsel neu zu programmieren , als das Stanford-Team seine Forschungsergebnisse veröffentlichte.

Das Rechnen mit dem Transkriptor ist immer noch sehr langsam. Zwischen dem Empfang eines Eingangssignals und der Erzeugung eines Ausgangs kann es einige Stunden dauern. Endy bezweifelte, dass Biocomputer jemals so schnell sein würden wie herkömmliche Computer, fügte jedoch hinzu, dass dies nicht das Ziel seiner Forschung sei. "Wir bauen Computer, die an einem Ort funktionieren, an dem Ihr Mobiltelefon nicht funktioniert", sagte er. Medizinische Geräte mit eingebauten biologischen Computern können das Zellverhalten im Körper eines Patienten überwachen oder sogar verändern. ExtremeTech schreibt:

In Zukunft ist das Potenzial für echte biologische Computer jedoch immens. Wir sprechen im Wesentlichen von voll funktionsfähigen Computern, die ihre Umgebung erfassen und dann ihre Wirtszellen so manipulieren können, dass sie fast alles tun. Biologische Computer könnten als Frühwarnsystem für Krankheiten oder einfach als Diagnosewerkzeug verwendet werden ... Biologische Computer könnten ihren Wirtszellen anweisen, die Insulinproduktion einzustellen, mehr Adrenalin abzupumpen und einige gesunde Zellen zu reproduzieren, um Krankheiten zu bekämpfen. oder um die Reproduktion zu stoppen, wenn Krebs erkannt wird. Biologische Computer werden wahrscheinlich die Verwendung vieler Arzneimittel vermeiden.

Jay Keasling , Biochemiker bei UC Berkeley, sagte, der Transkriptor "demonstriert deutlich die Kraft der synthetischen Biologie und könnte die Art und Weise, wie wir in Zukunft rechnen, revolutionieren".

Verweise

Externe Links