• Programabilni gradniki bioloških sistemov
Novice

V reviji Computers in Biology and Medicine so Miha Moškon, Žiga Pušnik, Nikolaj Zimic in Miha Mraz iz laboratorija LRSS s Fakultete za računalništvo in informatiko UL objavili znanstveni članek "Field-programmable biological circuits and configurable (bio)logic blocks for distributed biological computing," v katerem predstavijo nov koncept bioloških logičnih gradnikov, ki omogoča spreminjanje njihove funkcionalnosti, ko so ti že vnešeni v biološki sistem.


Sintezna biologija se ukvarja z načrtovanjem in izgradnjo novih bioloških gradnikov. Uporaba teh sega na različna področja od medicine in pametnih zdravil do pridelave biogoriv in razgradnje nevarnih kemikalij. Skupna lastnost teh gradnikov je, da za svoje delovanje tako ali drugače procesirajo informacije iz svoje okolice. Procesiranje navadno temelji na dvojiški logiki in na procesnih gradnikih, ki so podobni tistim, ki jih najdemo v "običajnih" računalnikih. Izdelava tovrstnih sintetičnih bioloških gradnikov poteka po uveljavljenih postopkih genskega inženiringa. Sam postopek je dolgotrajen, kot končen rezultat pa dobimo sistem, katerega funkcionalnosti po implementaciji ne moremo več spreminjati in v tem kontekstu spominja na načrtovanje t.i. namensko razvitih ali ASIC (angl. Application-Specific Integrated Circuit) vezij.

 

Avtorji v članku predstavijo nov koncept pri načrtovanju gradnikov za biološko procesiranje. Delovanje teh lahko s posebnimi "programirnimi" signali spreminjajo naknadno, tj. po njihovimi implementaciji znotraj izbranega biološkega sistema. Gradniki temeljijo na programabilnih bioloških logičnih blokih, ki se jih lahko sprogramirama tako, da opravljajo poljubno logično funkcijo. S tem se odpira vrata novemu postopku izdelave bioloških vezij, katerih funkcionalnosti se lahko določi oziroma naknadno spreminja kar na mestu njihove končne uporabe. Glavna prednost predstavljenih gradnikov je ta, da zmanjšujejo količino potrebnega časa, dela in denarja za spreminjanje funkcionalnosti procesnega segmenta sintetičnega biološkega sistema, ki sicer temelji na zahtevnih postopkih genskega inženiringa. Poleg tega se lahko funkcionalnosti tovrstnih gradnikov, ki so že umeščeni v širši biološki kontekst, po potrebi (npr. ob detekciji signalov povezanih z določeno boleznijo) spremeni kadarkoli in na enostaven način. V tem kontekstu programabilni biološki logični gradniki predstavljajo biološko različico programabilnih logičnih vezij, kot so vezja FPGA (Field-Programmable Gate Array).