گروهی از محققان آمریکایی از نوعی قطعه مبتنی بر DNA برای ساخت بزرگ‌ترین مدار زیست‌شیمیایی مصنوعی که تاکنون تولید شده است، بهره برده‌اند.
تولید بزرگ ترین مدار زیست شیمیایی مصنوعی
حیات از بسیاری جهات شبیه یک رایانه است، با این تفاوت که در اینجا نقش
مدارات الکتریکی را مدارات زیست‌شیمیایی ایفا می‌کنند؛ این مدارات، شبکه‌های
پیچیده‌ای از واکنش‌ها و مسیرهایی هستند که عملکرد صحیح ارگانیسم‌ها را
ممکن می‌سازند. حال محققان موسسه فناوری کالیفرنیا (“Caltech”) با استفاده از
ابزارهای مبتنی بر DNA در یک لوله آزمایش یک مدار پیچیده زیست‌شیمیایی
ساخته‌اند که شبیه ترانزیستور الکترونیکی روی یک تراشه رایانه‌ای عمل می‌کند.
مهندسی این مدارات امکان مطالعه اصول پردازش اطلاعات در سامانه های زیستی و
طراحی مسیرهای زیست‌شیمیایی با قابلیت تصمیم‌سازی را فراهم می‌کند.
لولو کیان، همکار فوق دکترای Caltech
همراه با اریک وینفری، استاد علوم رایانه‌ای این موسسه از نوعی قطعه مبتنی
بر DNA برای ساخت بزرگ‌ترین مدار زیست‌شیمیایی مصنوعی که تاکنون تولید شده
است، بهره برده‌اند. مدارات زیست‌شیمیایی که قبلاً در آزمایشگاه ساخته شده‌اند،
محدود هستند زیرا زمانی که مقیاس آنها افزایش می‌یابد، اطمینان‌پذیری و
امکان پیش‌بینی عملکرد آنها کم می‌شود. دلیل احتمالی این محدودیت این است
که چنین مداراتی نیاز به ساختارهای مولکولی مختلفی دارند تا بتوانند چندین
عملکرد متفاوت را اجرا کنند؛ بنابراین این سامانه‌ها بسیار پیچیده شده و
عیب‌یابی آنها با دشواری زیادی مواجه می‌شود.
در راهکار جدیدِ این پژوهشگران از قطعاتی استفاده می‌شود که ساده،
استاندارد، مطمئن و مقیاس‌پذیر هستند و در نتیجه می‌توان مدارات بسیار بزرگ‌تری
تولید کرد که به‌خوبی کار می‌کنند.
در این کار از قطعاتی از DNA برای ساخت گیت‌های منطقی استفاده می‌شود. گیت‌های
منطقی ابزارهایی هستند که در پاسخ به سیگنال‌های روشن و خاموش ورودی،
سیگنال‌های روشن و خاموش خروجی ایجاد می‌کنند. این ابزارها واحدهای سازنده
مدارات منطقی دیجیتالی هستند که به یک رایانه امکان عملکرد مناسب را در
زمان مناسب اعطا می‌کنند. در رایانه‌های معمولی گیت‌های منطقی با استفاده
از ترانزیستورهای الکترونیکی ساخته می‌شوند که با سیم‌هایی به یکدیگر متصل
شده و یک مدار را روی تراشه سیلیکونی تولید می‌کنند. اما مدارات زیست‌شیمیایی
از مولکول های شناور در یک محلول نمکی ساخته می‌شوند. گیت‌های منطقی مبتنی
بر DNA به‌جای تکیه بر جریان الکترون‌ها که وارد ترانزیستورها شده و از
آنها خارج می‌شوند، از مولکول‌هایی که دریافت یا تولید می‌کنند به‌عنوان
سیگنال بهره می‌برند. این سیگنال‌های مولکولی از یک گیت مشخص به یک گیت
دیگر حرکت کرده و همانند سیم‌های یک مدار الکتریکی اتصال مدار زیست‌شیمیایی
را برقرار می‌کنند.
جزئیات این تحقیق در مجله Science منتشر شده است.
