Біоелектричні живі клітини – перший крок на шляху до створення повноцінних кіборгів

Біоелектричні живі клітини - перший крок на шляху до створення повноцінних кіборгів

Ідея управління функціонуванням біологічних живих клітин за допомогою спеціальної електроніки досить давно була лише предметом наукової фантастики.

Але сучасні вчені вже деякий час ведуть дослідження в даному напрямку, бачачи в усьому цьому нові методи боротьби з різними захворюваннями. І, завдяки зусиллям групи вчених з університету Меріленда (University of Maryland, UM), електронне управління живими клітинами людського організму стало на один крок ближче. Ці вчені розробили електрогенетичну “перемикаючу” систему, впровадили її в бактеріальні клітини і за її допомогою знайшли здатність керувати поведінкою одноклітинних організмів.

Головною проблемою в створенні електрогенетіческой гібридної системи було те, що обидві її складові частини працюють абсолютно різними способами. Клітини, з яких складаються всі живі істоти, принаймні тут, на Землі, обмінюються інформацією з іншими клітинами за допомогою спеціальних молекулярних каналів. Використовуючи процес, званий експресією генної інформації, що зберігається в ДНК кожної клітини, всередині неї виробляються молекули, такі, як певні білки, ферменти і гормони, які і використовуються в якості носіїв інформації, що передається. Електронні ж системи, як нам добре відомо, для передачі інформації використовують потоки електронів, одержувані з джерела енергії.

На жаль, потоки електронів нездатні циркулювати всередині біологічних систем також вільно, як по мідним провідникам. Однак, всередині живих клітин існують молекули, здатні виступати в ролі непоганих провідників струму. Ці молекули, що відносяться до класу окислювально-відновних біомолекул, можуть накопичувати і вивільняти електрони від зовнішнього джерела під час хімічних реакцій окислення і відновлення, в яких вони беруть участь.

Біоелектричні живі клітини - перший крок на шляху до створення повноцінних кіборгів

Вченим вдалося внести в структуру окислювально-відновних біомолекул природного походження деякі зміни, які перетворили її в провідник електричного струму, поточного від одного електрода до іншого.Глибина окислювальному і відновної реакції визначається величиною і напрямком поточного через молекулу струму, а при відключенні струму молекула продовжує зберігати свій поточний стан досить довгий час.

Модифіковані окислювально-відновні біомолекули, поміщені всередину одноклітинних організмів, стали працювати в якості “вимикачів”, які активізують певні процеси генної експресії. Це, в свою чергу, дозволило управляти деякими з функцій одноклітинних організмів простим клацанням вимикача і натисканням кнопки.

В якості експерименту були створені мікроорганізми, які починали виробляти флуоресцентний зелений білок при отриманні відповідного електричного сигналу. І ці мікроорганізми в буквальному сенсі починали світитися, коли вони були “включені” електричним способом. У другій вид експериментальних мікроорганізмів був вбудований механізм управління синтезом білка CheZ, який стимулює рухову функцію цих організмів. І за допомогою електричних сигналів вчені змогли управляти процесом рухів і переміщення модифікованих бактерій.

“Електроніка вже давно змінила наше повсякденне життя. І тепер, коли ми навчилися поєднувати електроніку і біологію, ми отримали можливість електронного управління нашим організмом на найменшому рівні, на рівні окремих клітин і укладеної в них ДНК” – розповідає Грегорі Пейн (Gregory Payne) , учасник дослідницької групи, – “Все це має величезний потенціал для створення” розумних “гібридних біоелектронних пристроїв, які дозволять організму успішно боротися навіть з найважчими захворюваннями, наприклад, з раком”.