Win a Smolkeová zkonstruovali základní prvky elektronických počítačů z molekul ribonukleové kyseliny, jež buňkám slouží jako základní informace pro syntézu bílkovin. Srdcem jejich molekulárního počítače je ribozym. Tato krátká molekula ribonukleové kyseliny katalyzuje biochemické změny v jiných molekulách. Win a Smolkeová napojili na ribozym delší řetězec ribonukleové kyseliny, podle kterého buňky syntetizují zvláštní zeleně fluoreskující protein. Třetí součást představuje molekula ribonukleové kyseliny, jež slouží jako zapínač pro ribozym. Zapínačovou molekulu lze vybrat tak, aby reagovala na zcela specifický podnět, například na přítomnost molekul antibiotika nebo na určitou bílkovinu.
Když vnesli Win a Smolkeová řetězec ribonukleových kyselin do kvasinek, vyráběl se v nich zelený fluoreskující protein. Jeho přítomnost prozrazoval zelenavý svit v buňkách. V přítomnosti signální molekuly, například bílkoviny, uvedl zapínač do činnosti ribozym a ten narušil řetězec sloužící jako předloha pro výrobu fluoreskujícího proteinu. Syntéza proteinu ustala a v kvasinkách zavládla tma.
Tento jednoduchý logický prvek je obdobou elektronického logického vstupu označovaného jako NOT. Oba fungují stejně. Když přijde do elektronického zařízení tohoto typu elektrický impuls, přeruší se průchod proudu. V případě molekulárního počítače znamená příchod bílkovinného signálu konec produkce fluoreskujícího proteinu. Z řetězců ribonukleové kyseliny lze konstruovat různé typy základních „součástek“ molekulárního počítače a z těch pak vytvářet složitější logické prvky. Některé například reagují jen na určitou kombinaci signálů – jakési molekulární heslo. Detailní popis studie otiskl prestižní americký vědecký časopis Science.
Oba vědci jsou přesvědčeni, že bude celkem jednoduché vnést uměle vytvořené molekuly ribonukleové kyseliny do savčích buněk nebo do bakterií a propojit větší počet těchto molekul tak, aby v buňce vykonávaly složitější operace. Molekulární logický obvod by mohl reagovat na poměrně komplikovaný signál hned několika molekul, jež jsou produkovány buňkou v různých stavech. Také odezva by mohla být komplexní. Buňka by například spustila produkci širšího spektra hormonů nebo léků.
„Je to neobyčejně důležitý krok na poli syntetické biologie a živých počítačů,“ hodnotí výsledky práce Wina a Smolkeové harvardský expert na živé počítače Kobi Benenson.
Benenson v roce 2007 propašoval do živé buňky logický prvek vytvořený z molekuly DNA. Jako signál použil syntetické molekuly, jež jsou buňkám cizí. Přínos Wina a Smolkeové spočívá kromě jiného i v tom, že jejich součástky pro molekulární počítač reagují v buňce na její vlastní molekuly.
Diskuze:
