Об этом сообщает «Politexpert» со ссылкой на SciTechDaily
Исследователи приближаются к созданию полностью функциональных ДНК-наноустройств, способных работать прямо внутри живых клеток. Такие молекулярные цепи, основанные на механизмах вытеснения ДНК-нитей, представляют собой шаг к новому уровню управления биологическими процессами. Их применение может открыть эру клеточных роботов, способных вычислять, анализировать и управлять процессами организма на молекулярном уровне.
Новое исследование, опубликованное в журнале Intelligent Computing, освещает прорывы в области ДНК-вычислений, направленные на интеграцию этих систем в живую среду. В центре внимания — реакция вытеснения цепей, при которой новая цепь ДНК вытесняет старую, связываясь с ней в области «якоря». Этот процесс позволяет создавать логические схемы, чувствительные к сигналам, которые поступают изнутри самой клетки.
Как работает вытеснение цепей ДНК
Основу технологии составляют логические блоки, такие как цепи-переключатели и кооперативные ворота, требующие нескольких входов для запуска выхода. Это позволяет строить цепные реакции, способные выполнять сложные команды. Механизмы усиления сигналов и цепные реакции гибридизации открывают возможности для молекулярных вычислений внутри биологической среды.
Благодаря соединению с конструкциями ДНК-оригами и самосборкой, цепи способны менять форму и выполнять механическую работу. Эти элементы можно использовать для построения структур, изменяющих поведение клетки в ответ на определённые сигналы. Потенциал таких цепей простирается от управления экспрессией генов до доставки лекарств.
Биологические триггеры и распознавание среды
Для запуска молекулярных цепей используются природные сигналы — нуклеиновые кислоты, белки, ионы и малые молекулы. Встроенные в цепи аптамеры позволяют точно распознавать молекулярные мишени и запускать реакцию вытеснения. Это делает возможным создание датчиков, отслеживающих метаболическое состояние клетки.
Для усиления сигнала применяются сложные методы — от удалённых и скрытых якорей до временных и химических соединений. Они позволяют повысить точность передачи сигнала и избежать ложных запусков. Таким образом, каждая цепь становится модульной системой, способной адаптироваться к сложной биологической среде.
Препятствия на пути к внедрению в клетку
Главным вызовом остаётся стабильность ДНК-цепей внутри живой клетки, где они быстро разрушаются ферментами. Для защиты от деградации разработаны химические и структурные модификации — от замкнутых петель до связывания с белками. Они увеличивают срок жизни цепей в агрессивной внутриклеточной среде.
Также остаётся задача доставки ДНК-цепей внутрь клетки. Применяются трансфекции и генные конструкции, которые позволяют клетке самостоятельно синтезировать функциональные элементы. Это обеспечивает точность сборки цепей уже в пределах клетки и снижает потребность в внешнем вмешательстве.
Клеточные компьютеры и наномашины на базе ДНК
Соединяя принципы цифровой логики с биохимией, учёные создают новые вычислительные платформы. ДНК-цепи становятся основой для биосовместимых алгоритмов, способных обрабатывать сигналы, поступающие от клеточной среды, и принимать решения на молекулярном уровне.
Такие системы могут стать основой для программируемых наномашин, выполняющих действия по заданной логике. Это открывает перспективу создания клеточных роботов, участвующих в регуляции генной активности, мониторинге заболеваний и адресной доставке терапевтических агентов.
Напомним, ранее мы писали о том, что судебные иски как путь к децентрализации искусственного интеллекта.