Генетические языки направляют проектирование синтетических биологических систем

Исследователи из Виргинского политехнического института и Массачусетского технологического института использовали инструмент автоматизированного проектирования GenoCAD для создания генетических языков, направляющих разработку биологических систем.

GenoCAD — это открытое программное обеспечение, разработанное для помощи синтетическим биологам. Оно позволяет формализовать биологические правила для создания организмов, производящих полезные продукты или решения для здравоохранения из недорогих возобновляемых материалов. Программа помогает в проектировании векторов экспрессии белков, искусственных генетических сетей и других генетических конструкций, сочетая инженерные подходы с биологией.

Биологические части (естественного и синтетического происхождения) — это «слова» языка ДНК, а «грамматика» — набор правил проектирования, управляющих этим языком. Он должен быть достаточно выразительным для создания широкого спектра конструкций, но и достаточно сфокусированным, чтобы ограничить возможность проектирования ошибочных систем.

• Исследователи из MIT разработали язык, описывающий, как проектировать широкий диапазон синтетических транскрипционных факторов для животных, растений и других организмов с ядросодержащими клетками. Работа опубликована в ACS Synthetic Biology.
• Исследователи из Виргинского политехнического института создали язык, описывающий правила проектирования для экспрессии генов в хлоропластах микроводорослей. Их работа вышла в журнале Bioinformatics.

«Подобно тому, как программным инженерам нужны разные языки, такие как HTML, SQL или Java, для разработки разных видов приложений, синтетическим биологам нужны языки для разных биологических приложений», — пояснил руководитель проекта GenoCAD.

Исследователи считают, что инкапсуляция текущих знаний через определение стандартов станет increasingly important по мере роста числа и сложности компонентов, создаваемых синтетическими биологами. Грамматики — это первый шаг к стандартизации широкого спектра синтетических генетических частей для разработки инновационных продуктов.

«Разработка грамматики в GenoCAD немного похожа на написание обзорной статьи. Вы начинаете с заголовков и постепенно углубляетесь в детали. В конце процесса вы гораздо лучше понимаете, что вы знаете и чего не знаете о конкретной области», — отметил один из авторов.

GenoCAD рассматривается как пример киберинфраструктуры, способной обеспечить междисциплинарное и межинститутское сотрудничество для решения современных научных задач.