Действительно, биологи знают, что если в клетке имеется определённое
химическое вещество, происходят одни события, если оно отсутствует —
другие. «Но сигналы в клетках — не единицы или нули, — говорит ведущий
автор новой работы Рахул Сарпешкар (Rahul Sarpeshkar). — Это слишком
упрощённая абстракция». Потому исследователи обратились к полузабытой
аналоговой электронике. С её помощью экспериментаторы смоделировали два
типа взаимодействий между белками и ДНК. В необычной схеме
использовались транзисторы, как и в цифровых системах, но только здесь
у транзисторов было не два состояния (канал открыт или закрыт),
а множество промежуточных, переходных состояний с проводимостью той или
иной степени. Эти состояния можно было уподобить концентрациям веществ. Чем
больше вы хотите воспроизвести реакций, тем больше вам нужно
транзисторов. Причём в случае с двоичными схемами это число нарастает
лавинообразно. А аналоговые схемы позволяют обойтись очень скромным
числом элементов. Так в нынешнем исследовании учёные воспроизвели
эффект постепенного увеличения концентрации двух различных белков внутри
клетки. Оба белка заставляли клетку начать производить другие белки. Но
действовали эти исходные вещества по-разному. Первое связывалось с ДНК,
давая команду на увеличение синтеза, а второе деактивировало ещё один
белок, который тормозил синтез. Оба этих процесса удалось воспроизвести
в схемах, состоящих всего из восьми транзисторов каждая. Конечно,
в будущих исследованиях речь может пойти о моделировании сотен или даже
тысяч реакций, что поможет биологам разобраться в тонкостях
перекрёстного влияния множества биохимических сигналов. Сегодняшняя же
работа просто показывает возможности аналогового подхода. (Подробности —
в пресс-релизе института.)
|