Об этом сообщает «КТРК» со ссылкой на SciTechDaily
Исследователи продвинулись в создании программируемых наномашин на основе ДНК, способных функционировать внутри живых клеток. Эти молекулярные устройства работают по принципу смещения цепей ДНК и уже демонстрируют способность к обработке информации, контролю биологических процессов и реакции на клеточные сигналы. Новый подход способен радикально изменить методы диагностики, терапии и генной регуляции на молекулярном уровне.
В обзоре, опубликованном в журнале Intelligent Computing, подробно описаны принципы работы и перспективы использования цепей смещения ДНК в живых организмах. Речь идёт о наноустройствах, которые взаимодействуют с РНК, белками, ионами и другими молекулами, чтобы выполнять заданные вычислительные и регулирующие функции прямо внутри клетки. Это позволяет говорить о появлении нового класса молекулярных роботов.
Как работают схемы смещения цепей ДНК
В основе молекулярных логических операций лежит процесс, при котором одна цепь ДНК вытесняет другую, используя участок-инициатор — т.н. “toehold”. Это позволяет запускать последовательные реакции замещения, управляя информационными потоками и биохимическими сигналами. Системы типа seesaw-вентилей, цепных реакций гибридизации и кооперативных модулей обеспечивают логические вычисления и усиление сигналов.
Такие компоненты легко объединяются в сложные схемы, моделирующие формальные химические процессы. Кроме того, смещение цепей может быть встроено в ДНК-оригами и наноструктуры, обеспечивая динамическое изменение формы и открывая доступ к более широкому спектру биологических функций и приложений.
Биологические сигналы как входные данные
Системы на основе смещения цепей способны воспринимать сигналы от различных биомолекул, включая нуклеиновые кислоты, белки и ионы. Например, РНК и ДНК напрямую запускают цепные реакции благодаря комплементарным участкам. Это позволяет использовать технологии для мониторинга экспрессии генов и анализа транскриптома в реальном времени.
Для интеграции белков и других веществ применяются аптамеры — последовательности, способные связываться с конкретными мишенями. Связь между аптамерами и схемами ДНК обеспечивается через разные конструкции: переключаемые структуры, скрытые или удалённые инициаторы, металлосвязывающие сегменты и каталитические ДНК (ДНК-энзимы).
Проблемы устойчивости внутри клетки
Одним из главных препятствий остаётся деструктивное воздействие клеточных ферментов, разрушающих чужеродную ДНК. Чтобы повысить устойчивость, учёные используют химические модификации, в том числе метилирование и защитные шпильки, а также участки для связывания с белками, препятствующие деградации.
Проникновение схем внутрь клеток требует специальных методов трансфекции или генной трансформации. В альтернативном подходе наномашины на РНК создаются прямо внутри клетки на основе встроенных генетических конструкций. Это обеспечивает более стабильное и эффективное функционирование схем в условиях живой среды.
Биологические компьютеры и ДНК-алгоритмы
Объединяя принципы классических вычислений с биохимическими процессами, технологии смещения цепей открывают путь к созданию биосовместимых вычислительных систем. Такие схемы могут адаптироваться к изменяющейся среде, выполнять параллельные расчёты и автоматически регулировать биохимические процессы.
В перспективе возможна разработка автономных ДНК-машин, способных точно вмешиваться в клеточные функции. Это создаёт возможности для точной терапии, интеллектуальной диагностики и биоинженерии нового поколения. Такие технологии становятся фундаментом для слияния живой материи и программируемых вычислений.
Напомним, ранее мы писали про гендерный дисбаланс в ИТ.
