Transistor biologico basato su DNA
Usando solo molecole di DNA ed enzimi, un gruppo di bioingegneri statunitensi ha costruito un transistor biologico con cui è possibile realizzare porte logiche, i costituenti di base dell’elettronica digitale. Lo sviluppo futuro di questo tipo di componenti potrebbe consentire di ottenere il controllo delle cellule di un organismo.
Molecole di DNA ed RNA invece di circuiti elettronici: è questo il cuore del nuovo transistor biologico – battezzato transcriptor – realizzato da un gruppo di ricercatori del dipartimento di bioingegneria della Stanford University guidati da Jerome Bonnet.
Le cellule vivono in un ambiente in continuo mutamento e devono elaborare incessantemente i segnali ambientali utilizzando le proprie reti di segnalazione biochimica e di regolazione genica. In termini teorici, la cellula può quindi essere considerata un circuito logico che partendo da una varietà di input fisico-chimici – quali sostanze chimiche acidi nucleici, antigeni, ioni metallici, luce, calore – restituisce come output altre sostanze chimiche, oppure movimento, crescita cellulare e cambiamenti di morfologia.
Secondo quanto riferito nell’articolo apparso sulla rivista “Science”, gli studiosi hanno sviluppato un’architettura del tutto analoga a quella dei transistor ma basata unicamente sulle proprietà dei meccanismi di regolazione genica, riuscendo così a implementare tutte le possibili porte logiche, note come AND, NAND, OR, XOR, NOR, e XNOR, che costituiscono i circuiti di base per l’elaborazione automatica delle informazioni.
La porta logica “AND” fornisce il valore di output 1 solo quando i due input sono entrambi 1, mentre la porta NAND, negazione della AND, restituisce il valore 1 solo quando i due input sono entrambi 0. La porta “OR” restituisce invece il valore “1” quando almeno uno dei due input è “1”, mentre la NOR, restituisce il valore 1 solo quando gli input sono entrambi 0. Infine, la porta XOR restituisce il valore 1 solo se i due ingressi sono diversi, mentre la porta NXOR solo se sono uguali.
Nel caso dell’elettronica digitale, i valori 0 e 1 sono codificati dalla presenza o assenza di corrente elettrica, e corrispondono a un interruttore aperto o chiuso. Nel caso dei transistor biologici, invece, il “cavo elettrico” è rappresentato dal filamento di DNA, mentre l’analogo degli elettroni che costituiscono la corrente è una molecola di RNA polimerasi, un enzima che “percorre” il filamento di DNA catalizzando la sintesi della molecola di RNA complementare di un gene.[one_fourth last=”no”]
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La prospettiva a lungo termine nel campo delle scienze della vita è che i transistor biologici possano diventare i componenti fondamentali per l’amplificazione di segnali, come lo sono stati i transistor per l’elettronica. I transcriptor permetterebbero non solo di controllare l’attività delle cellule di un organismo, grazie alla registrazione della sua esposizione ad alcuni stimoli o fattori ambientali, ma anche di accedere e spegnere la riproduzione cellulare, con possibili ricadute nel trattamento di molte patologie.
