Биохимики создали управляемый компьютером контур обратной связи с дрожжами

Международная группа исследователей из США и Швейцарии (ETH Zurich) разработала новый подход к контролю клеточных процессов. В отличие от методов, основанных на изначальном кодировании генов, они создали систему управления производством белков в дрожжах (Saccharomyces cerevisiae) через компьютерный контур обратной связи. Результаты опубликованы в Nature Biotechnology.

Принцип работы: свет как переключатель

В основе метода лежит молекула фитохром в дрожжевых клетках. Она действует как светозависимый генетический переключатель:

  • Красный свет активирует изменения в генетической структуре, запуская процесс производства белка.
  • Тёмно-красный свет вызывает обратный эффект: клетки возвращаются к исходной структуре и прекращают производство белка.

Создание контура обратной связи

Для реализации управления через обратную связь учёные:

  1. Ввели в клетки репортёрную молекулу, которая флуоресцирует при производстве белка.
  2. Столкнулись с проблемой: естественные клеточные процессы не могут включаться/выключаться с заданной точностью по времени.
  3. Для её решения построили компьютерную модель, которая рассчитывает необходимую длительность световых импульсов для получения белка в нужное время.

Автоматизированный процесс

Работающая система функционирует по замкнутому циклу:

  1. Компьютер подаёт команду на включение красного света, активируя дрожжевые клетки.
  2. Компьютер отслеживает свечение репортёрных молекул, сигнализирующее о начале производства белка.
  3. По истечении рассчитанного времени компьютер выключает красный свет и включает тёмно-красный, останавливая производство.

Контур обратной связи позволяет системе работать автоматически, поддерживая постоянный уровень производства белков.

Значение и перспективы

Эта методика открывает новые возможности для контроля биологических процессов. В перспективе подобные системы могут быть использованы для:

  • Производства лекарств.
  • Создания биотоплив.

Разработка может революционизировать подходы к управлению клеточными системами.