کوی دانش - kooy

مدارهای ژنی می توانند در سلول های زنده محاسبات پیچیده انجام دهند

مدارهای ژنی می توانند در سلول های زنده محاسبات پیچیده انجام دهند
17 خرداد
12:15 1395
تکنیکی جدید به ترکیب روندهای دیجیتال و آنالوگ در سلول های مهندسی شده می پردازد. محققان موفق به توسعه تکنیکی برای ادغام محاسبات دیجیتالی و آنالوگ در سلول های زنده شده اند که به آنها امکان می دهد تا مدارهای ژنی با قابلیت انجام عملیات های پردازشی پیچیده را شکل بدهند.

تصویر فرضی از سلول ها
سلولهای زنده می توانند بر روی سیگنال های زیست محیطی که با آنها مواجه می شوند محاسبات پیچیده ای را انجام بدهند. ماهیت محاسبات مزبور می تواند مستمر و یا آنالوگ  باشد، به عنوان مثال به نحوه تطابق یافتن چشم ها با تغییرات تدریجی در سطح نور می توان اشاره داشت. افزون بر این، محاسبات دیجیتالی هم ممکن است، که شامل روندهای ساده روشن و خاموش شدن سلولی می شود، به عنوان مثال می توان از آغاز روند مرگ سلولی بدست خود سلول نام برد. 
در مقابل سیستم های بیولوژیکی ترکیبی بیشتر روی پردازش آنالوگ و یا دیجیتال تمرکز دارند و محدوده کاربردهای این پردازش را می کاهند.
اما هم اکنون تیمی از محققان ام آی تی تکنیکی را برای ادغام هر دو مدل محاسبات آنالوگ و دیجیتال در سلول های زنده توسعه داده اند که به آنها امکان میدهد تا مدارهای ژنیِ قادر به اجرای عملیات های پردازشی پیچیده را شکل بدهند. 
مدارهای ترکیبی، که در مقاله ای منتشره در ژورنال Nature Communications توصیف شده اند، از قابلیت اندازه گیری سطح ورودی آنالوگ برخوردارند، به عنوان مثال ماده ای شیمایی مربوط به یک بیماری را اندازه گیری کرده و سپس در مورد اینکه سطح ماده مناسب هست یا خیر تصمیم گیری نموده و خروجی آن، دارویی که بیماری را معالجه کند، می باشد. 
به این شیوه خاص، مدارهای ترکیبی، همانند ابزارهای الکترونیکیِ مقایسه گر عمل می کنند که به گفته تیموتی لو، استادیار مهندسی الکتریک و علم کامپیوتر و مهندسی زیست شناسی و رئیس گروه بیولوژی ترکیبی در لابراتوار تحقیقات الکترونیک ام آی تی که کار هدایت تحقیق را به همراه جاکوب روبنز، دانشجوی پی اچ دی سابق به عهده داشته است، سیگنال های ورودی آنالوگ را گرفته و آنها را بدل به خروجی دیجیتال می سازند. 
به گفته لو: "بیشتر کاری که در بیولوژی ترکیبی انجام می گیرد با تمرکز بر روی راهبردی دیجیتالی بوده است و دلیل آنهم راحت تر بودن برنامه نویسی سیستم های دیجیتالی بوده است."
با این وجود از آنجایی که سیستم های دیجیتالی بر اساس خروجی دودویی ساده ای مثل 0 و 1 هستند، عملیات های محاسباتی پیچیده نیازمند استفاده از بخش های زیادی می باشد که دسترسی به آن در سیستم های بیولوژیکیِ ترکیبی کار مشکلی است. 
لو ادامه می دهد: "در اصل، شیوه ی محاسباتیِ دیجیتال شیوه ای است که در آن هر بخش کار ساده ای انجام می دهد، اما وقتی همه بخش ها را در کنار هم قرار می دهید نتیجه بسیار هوشمندانه ای به دست می آید. البته به این منظور باید بتوانید بسیاری از این بخش ها رادر کنار هم قرار بدهید و چالشی که هم اکنون در زیست شناسی وجود دارد آنست که نمی توان میلیاردها ترانزیستور را به شیوه ای که روی قطعه ای سیلیکون سوار می شود، در کنار هم چید."
این ابزارِ سیگنال ترکیبی که محققان توسعه داده اند، برمبنای «عناصر چندگانه» می باشد. ماژول حد آستانه متشکل از سنسوری است که دست به شناسایی سطوح آنالوگ ماده شیمیایی خاصی می زند. 
این ماژول حد آستانه، به کنترل بیان جزء دوم می پردازد، که ژن recombinase می باشد و می تواند به نوبه خود بخشی از DNA را با معکوس سازی اش خاموش یا روشن کرده و خروجی دیجیتالی بدست دهد.
در صورتی که تمرکز ماده شیمیایی به سطح مشخصی برسد، آنگاه ماژول حدآستانه ژن recombinase را بیان می دارد و بخش DNA معکوس می شود. این بخش DNA، خود شامل ژن و یا عنصر تنظیم کننده ژنی است که سپس بیان خروجی مطلوب را دستخوش تغییر می کند.  
لو می افزاید: "بنابراین خروجی آنالوگ را به عنوان مثال در قالب تمرکز ماده شیمیایی گرفته و آنرا بدل به سیگنال 0 و 1 می کنیم و بعد از انجام این کار، قطعه ای DNA بدست می آید که می شود آنرا معکوس ساخت. می شود هر تعداد قطعه از این DNA را در کنار هم قرار داده و محاسبات دیجیتالی را انجام داد."
 تیم محققان همچنین مدار مبدّل آنالوگ به دیجیتالی را ساخته اند که از منطق سه تایی در آن استفاده شده و ابزاری است که صرفاً در پاسخ به طیف تمرکز بالا یا پایین ورودی روشن خواهد شد و می تواند دو خروجی مختلف را تولید نماید. 
می توان در آینده مدار مزبور را برای شناسایی سطوح گلوکز در خون استفاده کرده و بسته به تمرکز به یک یا سه شیوه پاسخ داد. 
به گفته وی: "درصورتی که سطح گلوکز خیلی بالا باشد، آنگاه خواستار سلول هایی هستیم که انسولین تولید کنند، اگر گلوکز بسیار پایین باشد نیز سلول هایی می خواهیم که گلوکاگون تحویل بدهد و درصورت وقوع حالت بینابینی نیز هیچ کدام از این ها مطلوب نیست."
از مدارهای مبدل آنالوگ به دیجیتال مشابه می توان همچنین جهت شناسایی انواع مختلف مواد شیمیایی استفاده کرد، آنهم صرفاً با تغییر سنسور. 
محققان درحال بررسی ایده استفاده از مبدل های آنالوگ به دیجیتال برای شناسایی سطوح التهاب شکمی ناشی از  بیماری التهاب روده و سپس آزادسازی مقادیر مختلف دارو برای معالجه این مشکل هستند.
می توان سلول های ایمنی را که در معالجه سرطان از آنها استفاده می شود مهندسی نمود تا ورودی های زیست محیطی مختلفی مثل اکسیژن یا سطوح  تحلیل تومور را شناسایی نموده و فعالیت معالجاتی خود را در پاسخ به شرایط تنظیم کنند. 
دیگر گروه های تحقیقاتی نیز نسبت به استفاده از ابزارهای یاد شده برای کاربردهای زیست محیطی همانند مهندسی سلول هایی که تمرکز مواد آلوده کننده آب را شناسایی می کنند علاقمند هستند.
تیم محققان به تازگی شرکتی به نام Synlogic را نیز بنا نهاده اند که هم اکنون سعی در استفاده از نسخه های ساده مدارها برای مهندسی باکتری های پروبیوتیک دارند که بیماری های شکمی را درمان سازد. 
امید بر آنست که از طریق شرکت مزبور بتوان اقدام به انجام آزمایشات بالینی معالجات باکتری محور یاد شده، ظرف 12 ماه آینده نمود.

درباره نویسنده

هنگامه خوش خلق

هنگامه خوش خلق

اینجانب فعالیت خود را به عنوان مترجم از سال 88 و با همکاری با انتشارات طاهریان آغاز کردم .و سپس به عنوان کارمند مترجم با شرکت های مختلفی همکاری داشته ام . در این میان لازم به ذکر است که فعالیت های اینجانب علاوه بر ترجمه کتاب (در آخرین مورد نشر آوند دانش)شامل ترجمه مقالات ، همکاری به عنوان مترجم شفاهی در دوره ها و سمینارهای مختلف و کار به عنوان مسئول مکاتبات و مکالمات خارجی شرکت توسعه اطلاعات بوده است .علاوه بر زبان انگلیسی ، آشنایی متوسط با زبان های اسپانیولی و ترکی استانبولی را نیز دارا می باشم .

 

شما اولین نفری باشید که برای این خبر نظر میدهد
تصویر امنیتی



عبارت در تصویر را وارد کنید


کشف راهی برای حذف مقاومت در برابر آنتی بیوتیک در باکتری ها

کشف راهی برای حذف مقاومت در برابر آنتی بیوتیک در باکتری ها

در حال حاضر، باکتریِ مقاوم در برابر آنتی بیوتیک (MRSA) در طول سال باعث مرگ هفتصد هزار نفر می شود. دانشمندان نگران این موضوع هستند که این آمار در سال 2050 به رقم هولناک ده میلیون نفر در سال برسد. در این بین دانشجویی 25 ساله از دانشگاه ملبورن بنام خانم «شو لام» باور دارد که راه حل را یافته است. او توانست راهی را کشف کند که مقاومت در برابر آنتی بیوتیک ها در باکتری ها را از بین ببرد و اینکار را بدون استفاده از آنتی بیوتیک ها انجام داده است. وی با موفقیت کامل یک مشکل بزرگ در تست های آزمایشگاهی را با استفاده از یک «پلیمرِ ستاره ای شکل» که باعث شکاف در سلولها می شود، برطرف کرده است. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه باشید...

مطالعه متن کامل
گرافن سه بعدی با کاربردهای زیستی

گرافن سه بعدی با کاربردهای زیستی

تصور کنید که ایمپلنتهای استخوانی آینده از ذرات ریزی از گرافن که با هم جوش خورده اند و به ماده ای جامد تبدیل شده اند، ساخته شوند! این مهم بر اساس مطالعه ای که توسط دانشمندان دانشگاه رایس انجام گرفته امکانپذیر است. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه باشید...

مطالعه متن کامل
خطر رژیمهای غذایی ناسالم در طول بارداری بر جنین

خطر رژیمهای غذایی ناسالم در طول بارداری بر جنین

تحقیق جدیدی که مسئولیت آنرا دانشمندان کینگ کالج لندن و دانشگاه بریستول برعهده داشتند مشخص کرد که رژیمهای پرچرب و پرقند در طول بارداری با بروز علائم اختلال کم توجهی (ADHD) در کودکان مرتبط است. این مطالعه در ژورنال Child Psychology and Psychiatry منتشر گردیده و اولین مطالعه در نوع خود است که بیان می کند مشکلات رفتاری کودک و همچنین اختلال کم توجهی و بیش فعالی بخاطر تاثیر مستقیم رژیم غذایی ناسالم مادر مخصوصاً در زمان بارداری است. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه باشید...

مطالعه متن کامل
ساخت رگهای خونی جدید با یک ژل تزریقی

ساخت رگهای خونی جدید با یک ژل تزریقی

محققان موفق شدند طی یک درمانِ آزمایشی در موشهای مبتلا به دیابت، رگهای جدیدی را تولید کنند. این درمان در نهایت می تواند به افرادی که به بیماریهای عروقی مبتلا هستند، امیدهای تازه ای بدهد. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
صبحانه، نهار وشام در یک بطری!

صبحانه، نهار وشام در یک بطری!

سویلنت 2 هم صبحانه است، هم نهار و هم شام، آنهم بصورت یک نوشیدنی. «سویلنت کافی اِست» برای تامین کافئین و داشتن طعم شکلات، در خودش کمی قهوه دارد. 20 درصد از آنرا ماکروناترینت تشکیل شده تا مواد مغذی روزانه شما را تامین کند. همچنین با اضافه کردن روغنهای موجود در برگه هلو، عصاره های سویا و آمینو اسیدهای موجود در چای سبز در نهایت معجونی برای صبحانه شما آماده می کند که با انرژی فوق العاده صبح خود را آغاز کنید.

مطالعه متن کامل
مشخصات کامل گوشی های Microsoft Lumia 550, 750 850 ارائه شد.

مشخصات کامل گوشی های Microsoft Lumia 550, 750 850 ارائه شد.

تولید سری گوشی های هوشمند لومیا را می توان میراث بزرگ شرکت نوکیا دانست که در سپتامبر 2013 به شرکت مایکروسافت واگذار شد. با وجود سابقه طولانی شرکت نوکیا در این زمینه، مدل با ارزش لومیا در منطقه Redmond تولید می شود. همانطور که منتظر ملاقات با پرچمدار جدید این شرکت بودیم، ساتیا نادلا مشخصات و جزئیات مدل های Lumia 550 ،750 ،850 را ارائه کرد.

مطالعه متن کامل
نهنگ خاکستری رکورد مهاجرت پستانداران را شکست

نهنگ خاکستری رکورد مهاجرت پستانداران را شکست

یک نهنگ ماده خاکستری غربی تمام مسیر را از روسیه تا مکزیک و برعکس طی 172 روز طی کرده است. به گفته محققان، نهنگ خاکستری غربی حالا پستاندار رکوردداری است که طولانی ترین مهاجرت شناخته شده را در جهان حیوانات به انجام رسانده است.

مطالعه متن کامل
درز اخبار مربوط به اپل، با جریمه های 50 میلیون دلاری همراه می شود

درز اخبار مربوط به اپل، با جریمه های 50 میلیون دلاری همراه می شود

رویدادهای اپل نسبتا قابل پیش بینی هستند و طی چند سال گذشته نیز، آنگونه که معمول بوده است، مدت زمان منتهی به روز برگزاری رویداد صرف پیداکردن عکس های لو رفته از محصولات و سرویس هایی می شود که قرار بر معرفی آنهاست. البته خیلی از این عکس ها و خبرها تقلبی از آب در می آیند، اما خبرهایی که درست باشند مشکلی جدی را برای شرکت های همکار اپل بوجود می آورد.

مطالعه متن کامل
حسگرهای قعر دریا از آتشفشان های زیردریایی سخن می گویند.

حسگرهای قعر دریا از آتشفشان های زیردریایی سخن می گویند.

چه کسی از فوران آتشفشان های کف دریا خبر دارد؟ اگر آن آتشفشان Axial Seamount باشد، پاسخش مثبت است. این آتشفشان در فاصله 300 مایلی (482.80 کیلومتری) و عمق 1 مایلی (1.60 کیلومتری) ساحل قرار گرفته است.

مطالعه متن کامل
پرنده های بی سرنشین را هنگام ساخت پلی معلق مشاهده کنید

پرنده های بی سرنشین را هنگام ساخت پلی معلق مشاهده کنید

تا پیش از این فکر می کردیم کاربرد پرنده های بی سرنشین محدود به ماهیگیری یا انواع موشک انداز شده است، اما اکنون مشخص شده که از این پرنده های چهار موتوری کارهای دیگری هم برمی آید وسودمندتر از این ها هم هستند ، خصوصا حالا که پرنده های بی سرنشین سازنده هم به بازار عرضه شده است.

مطالعه متن کامل