دانشمندان در حال ایجاد کلاس جدیدی از “مدلهای تورینگ” در مستعمرات E. coli هستند


https://www.youtube.com/watch؟v=mLAQl5M4PKo

دانشمندان با استفاده از زیست شناسی مصنوعی برای ایجاد آنها از ابتدا در آزمایشگاه ، نحوه کار کلاس جدیدی از مدل های تورینگ را نشان داده اند.

اندکی قبل از مرگ ، آلن تورینگ مقاله تحریک آمیزی را منتشر کرد که در آن تئوری خود را درباره چگونگی ظهور الگوهای پیچیده و نامنظم در طبیعت – نسخه خود از چگونگی لکه گرفتن پلنگ – تشریح کرد. این مدل های به اصطلاح تورینگ در فیزیک و شیمی مشاهده شده اند و شواهد فزاینده ای وجود دارد که نشان می دهد آنها در سیستم های بیولوژیکی نیز یافت می شوند. اکنون تیمی از دانشمندان اسپانیایی موفق به تغییر شده اند اشریشیاکلی بر اساس مقاله اخیر منتشر شده در مجله Synthetic Biology ، در آزمایشگاه به طوری که مستعمرات مدلهای تورینگ شاخه ای را نشان دهند.

ریكارد سول از دانشگاه پمپئو فابرا در بارسلونا ، اسپانیا ، كه همچنین دانشیار م Instituteسسه سانتافه است ، گفت: “با استفاده از زیست شناسی مصنوعی ، این فرصت بی نظیر را داریم كه ساختارهای بیولوژیك و پتانسیل تولید آنها را زیر سال ببریم. “مکانیسم هایی که در طبیعت برای ایجاد الگوها یافت می شوند ، تنها راه حل ها برای تولید آنها هستند ، یا گزینه های دیگری وجود دارد؟” در ژنوم ارگانیسم.)

در زیست شناسی مصنوعی ، دانشمندان معمولاً بخشهای طولانی DNA را با هم ترکیب می کنند و آنها را وارد ژنوم بدن می کنند. این قطعات سنتز شده DNA ممکن است ژن های موجود در موجودات دیگر باشد یا اینکه کاملاً جدید باشند.

همانطور که قبلاً گزارش شده بود ، تورینگ در تلاش بود تا بفهمد که چگونه الگوهای طبیعی و غیر تصادفی (مانند راه راه گورخر یا لکه های پلنگ) بوجود آمده است و او در گزارش اصلی خود در سال 1952 بر روی مواد شیمیایی معروف به مورفوژن تمرکز کرد. ماده شیمیایی فعال کننده که یک ویژگی منحصر به فرد (مانند نوار ببر) و یک بازدارنده شیمیایی را بیان می کند که به طور دوره ای برای جلوگیری از بیان فعال کننده فعال می شود.

فعال کننده و بازدارنده هر دو در سیستم پخش می شوند ، مانند اتم های گاز در یک جعبه بسته. این کمی شبیه تزریق یک قطره جوهر سیاه به یک لیوان آب است. معمولاً این سیستم را تثبیت می کند: آب به تدریج خاکستری یکنواخت می شود. اما اگر بازدارنده سریعتر از فعال کننده منتشر شود ، روند بی ثبات می شود. این مکانیسم لکه هایی (مانند پلنگ) یا راه راه (مانند ببر) را به اصطلاح “مدل تورینگ:” ایجاد می کند.

جیمز موری ، استاد افتخاری زیست شناسی ریاضیات در دانشگاه آکسفورد و ریاضی دان کاربردی در پرینستون ، برای مقاله ای که در سال 2013 برای Quanta نوشتم ، مزرعه ای از چمن خشک و مملو از ملخ را تصور کرد:

موری گفت ، اگر چمن ها در چندین نقطه به آتش کشیده شوند و رطوبت برای جلوگیری از شعله های آتش وجود نداشته باشد ، آتش سوزی ها تمام زمین را می سوزاند. اگر این سناریو به عنوان مکانیزم تورینگ بازی شود ، گرمای ناشی از شعله های مهاجم باعث تعریق برخی ملخ های در حال اجرا ، مرطوب کردن چمن های اطراف آنها و در نتیجه ایجاد لکه های نسوخته دوره ای در مزارع سوخته دیگر می شود.

دانشمندان سعی کرده اند این مفهوم اساسی را در انواع مختلف سیستم ها به کار گیرند. به عنوان مثال ، نورونها در مغز می توانند به عنوان فعال كننده و بازدارنده عمل كنند ، بسته به اینكه شلیك سایر نورونهای نزدیك را تقویت یا مهار كنند – احتمالاً دلیلی كه در هنگام توهم الگوهای خاصی می بینیم. شواهدی از مکانیسم های تورینگ در راه راه های ماهی گورخری ، فاصله بین فولیکول های مو در موش ها ، جوش های روی پوست پرنده ، برجستگی های کام موش و اعداد روی پنجه موش وجود دارد. برخی از گونه های مورچه های مدیترانه ای اجسام مورچه های مرده را در سازه هایی جمع می کنند که به نظر می رسد نمودارهای تورینگ را نشان می دهد و شواهدی از مدل های تورینگ در حرکت کلنی های مورچه آزتک در مزارع قهوه در مکزیک وجود دارد.

در اصل ، این نوعی نقض تقارن است. هر یک از دو فرایندی که به عنوان فعال کننده و بازدارنده عمل می کنند ، مدل های دوره ای تولید می کنند و می توانند با استفاده از عملکرد انتشار تورینگ مدل شوند. این چالش از مدل ساده تورینگ به سمت تعیین دقیق مکانیسم هایی که به عنوان فعال کننده و بازدارنده عمل می کنند ، تغییر می کند. این امر به ویژه در زیست شناسی چالش برانگیز است ، جایی که دانشمندان می خواهند روشن کنند که چگونه یک جنین پیچیده از بافت کاملاً همگن بیرون می آید.

Чаша Петри с инженерство <em> اشریشیاکلی </em> تشکیل مدلهای تورینگ. “src =” https://cdn.arstechnica.net/wp-content/uploads/2021/02/turing1-640×370.jpg “width =” 640 “height =” 370 “srcset =” https: / /cdn.arstechnica.net/wp-content/uploads/2021/02/turing1.jpg 2x “/><figcaption class=
بزرگنمایی / ظرف پتری با مهندسی اشریشیاکلی شکل گیری مدل های تورینگ.

ریکارد سول

برای این آخرین مطالعه ، سول و همکارانش تصمیم گرفتند که با مستعمرات از کار کنند اشریشیاکلی، مهندسی ژنتیک باکتری ها برای معرفی مکانیزمی برای تولید مدل های فضایی. “ما می خواستیم نقض تقارن ایجاد کنیم که هرگز در مستعمرات کشور مشاهده نمی شود اشریشیاکلیاما این در مدل های حیوانی دیده می شود و سپس کشف می شود که چه مواد اصلی برای تولید این مدل ها لازم است. “، همکار نویسنده ، سالوا Duran-Nebreda ، هم اکنون فوق دکترای موسسه زیست شناسی Evolutiva در بارسلونا گفت.

آنها از مکانیسم های اساسی نحوه ساخت لانه های مورچه ها و موریانه ها الهام گرفتند. تغییر کرده است اشریشیاکلی این سیستم از سه جز critical حیاتی تشکیل شده است: گروهی از سلولها در اندازه صحیح که به طور معمول تقسیم و پخش می شوند (فعال کننده). گروهی از سلولهای کشیده قادر به تقسیم یا انتشار نیستند (بازدارنده). و یک مولکول معروف به لاکتون که به تنظیم بیان ژن در کمک می کند E. coli ، که به آنها امکان برقراری ارتباط از طریق اصطلاحاً تعیین حد نصاب را می دهد.

این محققان نحوه رشد و نمو کلنی را مشاهده می کنند. شکل به صورت یک دایره آغاز می شود ، اما با گذشت روزها و گسترش آن به بیرون ، کلنی شروع به جوانه زدن می کند که طبق شاعران تورینگ به طور منظم “شاخه ها” در اطراف لبه واقع شده است – مانند یک گل با گلبرگ

“ما دیده ایم که با تعدیل سه م weلفه می توانیم باعث شکست تقارن شویم. ما اساساً تقسیم سلولی ، چسبندگی سلول و توانایی برقراری ارتباط در مسافت های طولانی (تشخیص حد نصاب) را تغییر داده ایم ، یعنی وقتی یک راه حل جمعی وجود دارد ، درک می کنیم” دوران گفت. -نبردا.

نویسندگان امیدوارند که بتوانند یافته های خود را در سیستم های بیولوژیکی دیگر مانند حشرات اجتماعی نیز به کار ببرند. کار آنها “یک چارچوب مفهومی جدید برای ایجاد مدلهای تورینگ مانند در جوامع میکروبی فراهم می کند ، و اهمیت این مطالعه فراتر از این پیاده سازی خاص است.” “ما شک داریم که در زیر پیچیدگی فعل و انفعالات پیچیده ژنتیکی ، انواع اصول خودسازماندهی ارائه شده توسط تورینگ وجود دارد.”

DOI: زیست شناسی مصنوعی ، 2021. 10.1021 / acssynbio.0c00318 (برای DOI).

تصویر تبلیغات توسط Ricard Sole


منبع: khabar-tak.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*