타겟 유전자 편집-based unicellular computer
타겟 유전자 편집 기반 유전 회로 연구
합성생물학의 주요 목표는 세포 내 디지털 유전 회로를 설계 및 구축하여 세포 기능을 효과적으로 프로그래밍하는 것입니다. 이를 달성하면 전자 부품이 아닌 유전 요소로 구성되어 컴퓨터와 유사한 의사 결정 작업을 수행하도록 살아있는 세포를 조작할 수 있습니다. 이 기술은 의료 치료, 분자 검출, 진단, 조직 공학, 생체 전자 인터페이스 등 많은 공상과학적인 용도에 적용될 수 있습니다. 그러나 유전 요소는 전자 부품보다 예측 가능성이 낮고 "누출"이 더 심해 진행이 제한되어 왔습니다.
워싱턴 대학교의 새로운 연구에서 Gander 등 연구진은 전사 억제인자 Mxi1과 연결된 타겟 유전자 편집을 사용하여 효모에서 유전 회로를 제작함으로써 이러한 장애물을 극복했습니다. 연구팀은 입력 신호가 없을 때만 출력 신호를 내는 단일 유전자 NOR 게이트 라이브러리를 설계하고 구축했습니다. 각 게이트는 두 개의 gRNA-d타겟 유전자 편집-Mxi1 복합체 중 어느 하나에 의해 완전히 침묵될 수 있는 gRNA 발현 프로모터로 구성됩니다. 이 시스템은 유전 회로 설계에 이상적인 세 가지 주요 특징을 가지고 있습니다. 첫째, NOR 게이트는 논리 및 공학 분야에서 "기능적으로 완전"하다고 알려져 있으며, 여러 NOR 게이트를 조합하여 다른 모든 논리 기능을 만들 수 있습니다. 따라서 원칙적으로 NOR 게이트를 올바른 배열로 연결하면 모든 디지털 회로를 만들 수 있습니다. 둘째, d타겟 유전자 편집-Mxi1 기반 NOR 게이트는 매우 강력한 OFF 상태를 가지고 있어 출력이 이진법이므로 시스템이 진정한 디지털 회로처럼 작동합니다. 셋째, 입력 및 출력 신호가 모두 gRNA이므로 전자 회로처럼 많은 수의 게이트를 "연결"할 수 있습니다. Gander 등 연구진은 최대 7개의 gRNA 층이 있는 논리 회로를 성공적으로 구축했습니다.
이 기술은 생산이 매우 간단하고 쉽기 때문에 거의 모든 임의의 논리 회로를 비교적 쉽게 구축할 수 있을 것으로 예상됩니다. gRNA-d타겟 유전자 편집-Mxi1 NOR 게이트의 복잡한 배열을 다양한 세포 유형에 배치하여 세포 내에서 계산 작업을 수행할 수 있습니다. 조작된 생물학적 컴퓨터의 아이디어는 그리 허황된 것이 아닐 수 있습니다.
참고 문헌
- Gander, M. W. et al. Digital logic circuits in yeast with 타겟 유전자 편집-d타겟 유전자 편집 NOR gates. Nat. Commun. 8, 15459 doi: 10.1038/ncomms15459 (2017).
