Посему мудрено сделать искусственную клеточку?

    Ежели инженеры намерены сделать что-то наноразмерное — размером с белок, антитела либо вирус — имитировать поведение клеточки существовало бы оптимальным началом, так как они содержат неограниченное количество инфы в крохотном пакете. Однако сымитировать крохотную вещь — позарез непростая задачка.

    Посему мудрено сделать искусственную клеточку?

    «Я привык полагать клеточки реальными миниатюрными роботами. Биология запрограммировала природные клеточки, однако сейчас инженеры начинают думать об фолиант, как только сделать искусственные», — говорит Эрик Уинфри, доктор информатики, вычислений и нейтральных систем, также биоинженер Калтеха.

    «Мы желаем запрограммировать нечто размером с микрон, тоньше людского волоса, что сумеет вести взаимодействие с хим средой, также делать диапазон задач, подчиненных биологическим вещам, однако по нашим инструкциям».

    Центральной неувязкой биоинженеров на этаких масштабах будет то, что вещи ординарно и не ишачят, как только положено, хотя схемы как бы верные. Маленькие колонии молекул ординарно и не ведут себя эдак же, как только заглавные колонии этаких же молекул.

    Ритмичный пульс

    Решением команды ученых предстал генератор, состоящий из маленьких синтетических молекул ДНК, кои активизируются РНК-транскриптами и ферментами. Когда молекула ДНК активизируется иными ингридиентами, образовывается био цепь. Эта расчетная схема ишачит в ритмичном пульсе в течение приблизительно 15 часов, пока что ее хим реакции и не замедлятся и наконец и не остановятся.

    Потом исследователи решили «разбить» генератор из одной объемной системы в экспериментальной колбе на не мало маленьких генераторов.

    Используя подход, разработанный Максимилианом Вайцом и его сотрудниками из Технического вуза Мюнхена и бывшим аспирантом Калтеха Элайзой Франко, ученые смешали аква раствор ДНК, РНК и ферментов, входящих в состав биохимического генератора, с маслом и встряхивали, пока что маленькие порции раствора, любая из которых содержала крохотный генератор, и не были изолированы в каплях масла.

    «После прибавления масла и встряхивания эмульсия перевоплотился в крем, который можно именовать эмульсией, похожей на несложный майонез, — поведал Уинфри ресурсу Futurity.org. — Потом мы взяли этот крем, вылили на стекло и размазали, дабы взглянуть на пульсации каждой капли под микроскопом».

    Ежели образчик позарез минимален

    Когда активен объемной образчик раствора, он флуоресцирует в постоянном пульсе. Большие капли ведут себя эдак, как только и весь раствор: воздействуют раздельно, однако все гораздо согласованно.

    Однако поведение мелких капель наименее поочередно, а уж них импульсы резво вынянчат из фазы больших капель.

    Исследователи ждали, что разнообразные капли, в особенности маленькие, будут яизвестия себя по-разному по причине спецэффекта, выдающегося как только динамика стохастической реакции. Отдельные реакции, компоненты биохимическую схему, умеют происходить в различное время в различных частях раствора.

    Ежели образчик раствора довольно велосипед, спецэффект усредняется, однако ежели образчик максимально минимален, разницы во времени реакции растут. Чувствительность к объему капель возможно еще больше изрядной зависимо от нрава реакций.

    Как только пояснил Уинфри, «если у вас существуют две конкурирующих реакции, скажем, x превращается в y либо x превращается в z, любая протекает с одной и той самой же скоростью, в итоге в колбе появляется напополам y и z. Однако ежели у вас в капле всего четверо молекулы, вероятнее всего, они все превращаются в y».

    Дело в шуме

    В собственных опытах на биохимическом генераторе Уинфри с сотрудниками нашли, что этот родник шума — динамика стохастической реакции — был относительно маленьким по сопоставлению с родником шума, который они и не предугадали: спецэффекты зонирования.

    То есть, молекулы, кои были захвачены в каждой капле, и не были однообразными. Некие капли вначале имели все больше молекул, некие все меньше, и соотношение меж разнообразными элементами а также различалось.

    Таким макаром, даже перед началом тамошнего, как только различное время реакция может сделать стохастическую динамику, крохотные населению молекул начинают с разнородными чертами. Эти разницы растут по мере тамошнего, как только протекает биохимическая реакция.

    «Чтобы вынудить ишачить искусственные клеточки, надо аристократию родники шума. Главный идеей у нас существовало то, что шум, с которым мы сталкивается, сопряжен со случайностью хим реакций на этаких масштабах. Однако этот эксперимент обучил нас тамошнему, что стохастическая динамика — это же задачка последующего уровня. Дабы на него выйти, нам надо узнать, что выполнять с шумом разделения».

    Для Уинфри это же очень захватывающая задачка: «Когда я программирую собственный персональный компьютер, я могу мыслить только в определениях детерминированных действий. Однако когда я пробую программировать на молекулярных масштабах, лично мне надо мыслить в определениях вероятностей и произвольных (стохастических действий)».

    Может быть, конкретно Уинфри станет первым автором искусственных клеток. Однако для начала ему же надо решить неурядицу случайностей.