پژوهشگران با استفاده از سلول‌های باكتریایی، نوعی مدار بیولوژیكی سنتزی تولید كرده‌اند كه نه‌تنها می‌تواند عملیات‌ منطقی انجام دهد، بلكه نتایج را نیز به خاطر می‌سپارد. مهندسان موسسه فناوری ماساچوست می‌گویند نتایج این عملیات درون DNA هر سلول رمزگذاری شده به طوری كه رمزها تا 12 نسل بعد نیز قابل انتقال هستند.


زیست‌شناسان فعال در زمینه سنتز، با استفاده از بخش‌های ژنتیكی قابل مبادله كه از نسلی به نسل بعد منتقل می‌شوند، مدارهایی طراحی كردند كه می‌توانند عملی خاص مانند ردیابی یك ماده شیمیایی در محیط زیست را انجام دهند.

در این مدار، ماده شیمیایی موجب واكنشی خاص مثل تولید پروتئینی چون فلوئورسنت سبز GFP می‌شود. این مدارها را می‌توان برای هر نوع عملكرد منطقی بولی (صفر و یك) مانند دروازه‌های AND (و)‌ و OR (یا)‌ طراحی كرد.

در واقع مدار با كمك این دروازه‌ها می‌تواند چند ورودی را به طور همزمان شناسایی كند. محصول نهایی، مدار منطقی یك سلول مهندسی شده‌ است كه فقط با وجود تحریك اولیه شكل می‌گیرد و هر زمان تحریك‌ها از میان برداشته شود مدارها بسته شده و منتظر تحریك دیگر باقی می‌مانند.‌

تیموتی لو و همكارانش ـ محققان این پروژه ـ مداری طراحی كردند كه به وسیله تحریك‌های اولیه دائم تغییر كرده و حافظه‌ای دائمی از یك رخداد ثبت می‌كند. برای این كار، آنها از مدارهای حافظه‌ای استفاده كردند كه پیش از این در سال 1388 ساخته شده بود.

آن مدارها براساس آنزیم‌های شناخته شده‌ای چون ری كامبیناز (Recombinase)‌ كه می‌تواند كشیده شدن DNA را متوقف كند یا تكه‌ای از آن را برداشته یا برعكس در جایی قرار دهد، ساخته شده بودند.

فعالیت پی در پی این آنزیم‌ها به مدار اجازه شمارش رخدادهای درون یك سلول را می‌داد.‌ لو، مدارهای جدیدی طراحی كرده است كه عملكرد حافظه را درون خود دروازه منطقی قرار می‌دهد. این مدار با كمك یك دروازهDNA سلولی، پروتئینی را به كار می‌اندازد كه موجب فعالیت نوعی ژن خروجی می‌شود.

حافظه فعالیت گیت منطقی برای همیشه در رشته DNA ذخیره و این رشته حداقل به 90 نسل بعد می‌تواند منتقل شود.

دانشمندان می‌كوشند تاریخچه فعالیت سلول‌ها را شناسایی كنند تا بتوانند یا خروجی دائمی آنها را اندازه‌گیری نمایند یا اگر سلول از بین رفت، حافظه را با كمك رشته‌های DNA دوباره احیاء كنند.

محققان با استفاده از این ترفند می‌توانند دو گیت منطقی حاوی دو ورودی و همچنین سیستم‌های منطقی متوالی ایجاد كنند.

لو می‌گوید: به این ترتیب مبادله به درون و خارج مدار بسیار راحت‌تر صورت خواهد گرفت.

از چنین مدارهایی برای تولید نوعی مدار به نام مبدل دیجیتال به آنالوگ می‌توان استفاده كرد. این نوع مدار ورودی‌های دیجیتال ـ ورودی‌هایی چون بود یا نبود تك‌تك مواد شیمیایی ـ را گرفته و آنها را به خروجی آنالوگ تبدیل می‌كند كه این نوع خروجی‌ها به نوبه خود می‌توانند باارزش باشند، یعنی به سطح تولید ژن استمرار بخشند. مثلا اگر یك سلول دو مدار داشته باشد هر یك وقتی به وسیله ورودی‌های خاص خود فعال می‌شوند می‌توانند در مقدارهای متفاوت پاسخ تولید كنند.

در واقع آن ورودی‌ها چهار سطح متفاوت خروجی آنالوگ تولید می‌كنند. علاوه بر آن محققان با اندازه‌گیری مقدار پاسخ می‌توانند تشخیص دهند كدام یك از این ورودی‌ها وجود دارد.‌این نوع مدارها می‌توانند روی سلول‌هایی كه به تولید سلول‌های سوخت زیستی و دارو یا دیگر تركیب‌های مفید دیگر می‌پردازند بخوبی كنترل داشته باشند.

دانشمندان به جای ایجاد مدارهایی كه همیشه فعالند با بهره‌گیری از پیش‌برنده‌هایی كه برای كنترل میزان خروجی‌شان دائم به ورودی نیاز دارند توانستند مداری تولید كنند كه خروجی معینی دارند و این سطح از خروجی در حافظه سلول و سلول‌های بعدی كه از این سلول تولید می‌شوند ثبت می‌شود و دیگر به دریافت اطلاعات بیشتر نیازی ندارند.‌از این مدارها می‌توان به‌عنوان حسگرهای زیست‌محیطی بهره برد، چراكه می‌توانند حافظه طولانی مدت دقیقی ایجاد كنند.

نادیا زكالوند - جام جم