Protoceller bruger DNA-logik til at kommunikere og beregne

Arbejdet giver et skridt i retning af kemisk kognition i syntetiske protoceller og kan være nyttig i biosensing og terapeutik.

Molekylære computere lavet af DNA bruger programmerbare interaktioner mellem DNA-strenge til at transformere DNA-input til kodede output. Imidlertid, DNA-computere er langsomme, fordi de opererer i en kemisk suppe, hvor de er afhængige af tilfældig molekylær diffusion for at udføre et beregningstrin.

At samle disse processer inde i kunstige cellelignende enheder (protoceller), der er i stand til at sende DNA-input- og outputsignaler til hinanden, vil øge hastigheden af ​​de molekylære beregninger og beskytte de indesluttede DNA-strenge mod nedbrydning af enzymer, der er til stede i blodet.

I en ny undersøgelse offentliggjort i dag i tidsskriftet Natur nanoteknologi , et hold ledet af professor Stephen Mann fra University of Bristol's School of Chemistry og professor Tom de Greef fra Institut for Biomedicinsk Teknik ved Eindhoven University of Technology har udviklet en ny tilgang kaldet BIO-PC (Biomolecular Implementation Of Protocell communication) baseret på fællesskaber af semipermeable kapsler (proteinosomer) indeholdende en mangfoldighed af DNA-logiske porte, der tilsammen kan bruges til molekylær sansning og beregning.

Opdeling øger hastigheden, modularitet og designbarhed af beregningskredsløbene, reducerer krydstale mellem DNA-strengene, og gør det muligt for molekylære kredsløb at fungere i serum.

Denne nye tilgang danner grundlaget for at bruge protocellekommunikationsplatforme til at bringe indlejrede molekylære kontrolkredsløb tættere på praktiske anvendelser inden for biosensing og terapeutik.

Professor Mann, fra Bristol Center for Protolife Research, sagde:"Evnen til kemisk at kommunikere mellem intelligente kunstige celler ved hjælp af DNA-logikkoder åbner nye muligheder i grænsefladen mellem ukonventionel databehandling og naturtro mikroskalasystemer.

"Dette skulle bringe molekylære kontrolkredsløb tættere på praktiske anvendelser og give ny indsigt i, hvordan protoceller, der er i stand til informationsbehandling, kunne have fungeret ved livets oprindelse."