Bi-Fi — биологический «Интернет»

Биоинженерам из Стэнфордского университета удалось модифицировать вирус M13, а именно – изменить его ключевые атрибуты, способность паковать и передавать произвольные цепочки ДНК, с целью создания того, что можно назвать биологическим Интернетом или «Bi-Fi».

Посредник для передачи данных

схема традиционного коммуникационного интернет-канал (а) и биологический «Интернет»

Используя вирус, исследователи создали биологический механизм, который способен рассылать генетические сообщения от клетки к клетке. Эта система кардинально увеличила сложность и объёмы данных, которые можно передавать между клетками и способна привести к большему контролю над биологическими функциями внутри «сообщества» ячеек.

M13 является упаковщиком генетических сообщений. Он репродуцируется внутри хозяина, берёт цепочки ДНК (контролируемые биоинженерами), свёртывает их одну за другой и их заключает в капсулу с протеином (произведенным M13), который может инфицировать другие клетки. Попав внутрь другого организма, они выпускают упакованное ДНК-сообщение.

Система на базе M13 — это коммуникационный канал, который функционирует подобно беспроводному интернет-соединению, позволяющий клеткам отсылать или принимать сообщения, независимо от того, какие сведения они содержат.

Хорошо известно, что клетки естественным образом используют различные механизмы, включая химические соединения, для коммуникаций, однако такие сообщения могут быть очень сильно ограничены по сложности и пропускной способности. Простые химические сигналы представляют собой как сообщение, так и ДНК-посредника — обе функции нельзя разделить.

Иными словами, если ваше соединение основано на сахаре, тогда ваше сообщение сводится к вариантам ‘больше сахара’, ‘меньше сахара’, или ‘без сахара’.

Клетки, модифицированные посредством M13, можно запрограммировать для обмена более сложными и разнообразными сообщениями. Их вариации ограничены только тем диапазоном данных, который может быть закодирован в ДНК и таким образом включать любой тип генетических инструкций: начало роста, остановка роста, приблизится, отдалиться, произвести инсулин и так далее.

Скорость и диапазон

Связывая ДНК для межклеточного обмена сообщениями исследователи значительно увеличили объёмы данных, которые можно передать за один раз. В цифровых терминах: они увеличили битовую скорость передачи данных своих систем. Наибольшая ДНК цепочка M13 включает свыше 40 тысяч пар оснований. Такие пары, подобные 1 и 0 в цифровом кодировании, являются базовыми строительными блоками генетических данных. Большинство генетических сообщений, представляющих интерес для биоинженерии,  лежат в диапазоне от нескольких сотен до многих тысяч пар оснований.

Учёным удалось передать генетические сообщения от клетки к клетке, разделенной желатиновой средой, на расстояние свыше7 см, а это достаточно большое достижение.

В перспективе подобный биологический Интернет позволит создавать биосинтезирующие фабрики, в которых огромные массы микробов взаимодействуют с целью синтеза более сложного горючего, фармацевтических и других видов химикалий. Более того, исследователи полагают, что такая коммуникационная платформа «клетка-клетка» в будущем приведет к сложному трехмерному программированию клеточных  систем, включая регенерацию тканей или даже органов. Подобные разработки открывают двери к абсолютно новым биологическим системам, не имеющим аналогов в природе.

Однако произойдет это не так скоро, отмечают учёные. Биологический Интернет находится на самой ранней стадии развития. Когда в начале 70-х зародилась всемирная сеть Интернет, мало кто мог представить, что через несколько десятков лет её будут использовать миллиарды людей. Точно так же, сегодня трудно прогнозировать, к чему приведёт развитие биологического Интернета.

Олег Пилипенко
www.imena.ua

Источник: журнал MEDIASAT : цифровое ТВ, радиовещание и телекоммуникации