Многоуровневые механизмы обратной связи добавляют контроль над искусственными клетками

Исследование доктора Челси Ху из Техасского университета A&M, опубликованное в журнале Nature Communications, впервые с помощью моделирования и физического эксперимента показало эффективность использования многоуровневых механизмов обратной связи для контроля генетически модифицированных клеток.

Проблема контроля в синтетической биологии

Синтетическая биология позволяет "включать" или "выключать" конкретные гены, заставляя клетку вести себя определённым образом. Однако после создания такой клетки учёные имеют мало контроля над её реакцией на внешние факторы. Исследование доктора Ху направлено на внедрение необходимых механизмов управления.

Принцип обратной связи

Обратная связь — основа инженерии. Простой пример — кондиционер, который охлаждает комнату до заданных 72°F и отключается по достижении этой температуры. В технике часто используют два слоя обратной связи, чтобы преодолеть компромисс между скоростью и устойчивостью реакции. Быстрая реакция обычно хрупка, а устойчивая — медленна. Многоуровневая стратегия лежит в основе работы современной техники.

Биологическая аналогия

Подобные многоуровневые механизмы существуют и в живой природе. Организм использует их для возврата к гомеостазу после внешнего воздействия. Учёные исследуют, является ли сходство эволюционных и инженерных решений совпадением и преодолевают ли биологические системы тот же компромисс "скорость-устойчивость".

Экспериментальное подтверждение

Работа доктора Ху — первая, где такая многоуровневая архитектура была спроектирована, смоделирована, проанализирована и создана в живых клетках. После создания клеток с двумя механизмами обратной связи на них воздействовали возмущениями. Исследование подтвердило как вычислительно, так и экспериментально, что многоуровневые механизмы улучшают работу клеток с течением времени.

Будущее применение

Эта работа — первый шаг к большему контролю над искусственными клетками. В перспективе это может оказать profound impact на человечество в биомедицинской, сельскохозяйственной, промышленной и экологической сферах. Клетки можно будет использовать для лечения воспалений кишечника, улучшения роста растений или очистки от химических отходов.

"Но контроль в синтетической биологии ещё в зачаточном состоянии, — отмечает доктор Ху, — и нам предстоит много работы, прежде чем эта технология будет широко интегрирована в нашу повседневную жизнь".