Одно из направлений синтетической биологии, которая занимается наделением живых организмов искусственными свойствами, посвящено созданию вычислительных автоматов на базе живых клеток. В основе этого лежит способность управлять экспрессией определенных генов извне при соблюдении ряда условий. В модельной ситуации обычно используют гены-репортеры — например, светящиеся белки. В идеальном случае так можно управлять широким спектром генов, а значит, и свойствами клеток.
Любимыми объектами генных инженеров до сих пор были бактерии, так как с ними просто осуществлять генетические манипуляции, и многие их гены подвержены однозначной регуляции. Австралийские генетики расширили арсенал биокомпьютеров: осуществлять логические операции YES, NO, AND, OR они научили клетки растений.
Для этого они использовали две разных рекомбиназы — дрожжевые Flp и B3 с разными сайтами узнавания. Экспрессия самих рекомбиназ включалась под действием разных сигналов, например, нагреванием или добавлением дексаметазона. Выходными сигналами служило включение репортерных белков — зеленого флуоресцентного белка или люциферазы.
К примеру, чтобы реализовать операцию OR, выключатель перед репортерным геном ставили в окружение сайтов распознавания обеих рекомбиназ — клетки начинали светиться в присутствии либо одного, либо другого входного сигнала. Для реализации операции AND перед геном ставили два выключателя с последовательностями для одной и второй рекомбиназ — клетки начинали светиться только в присутствии обоих входных сигналов. Кроме того, исследователи реализовали другие, более сложные операции, например, активацию в присутствии одного из сигналов, но не обоих сразу (оператор NAND).
Такого рода эксперименты приближают ученых к созданию ячеек памяти на основе живых клеток: экспрессия генов в таких моделях является постоянной и после активации не зависит от внешних условий, в отличие от естественной клеточной регуляции. Кроме того, дополнительные способы управлять свойствами растительных клеток могут пригодиться в биотехнологии для создания агрокультур с заданными свойствами.
