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Transistor biologico basato su DNA


Usando solo molecole di DNA ed enzimi, un gruppo di bioingegneri statunitensi ha costruito un transistor biologico con cui è possibile realizzare porte logiche, i costituenti di base dell’elettronica digitale. Lo sviluppo futuro di questo tipo di componenti potrebbe consentire di ottenere il controllo delle cellule di un organismo.transistor_dna

Molecole di DNA ed RNA invece di circuiti elettronici: è questo il cuore del nuovo transistor biologico – battezzato transcriptor – realizzato da un gruppo di ricercatori del dipartimento di bioingegneria della Stanford University guidati da Jerome Bonnet.

Le cellule vivono in un ambiente in continuo mutamento e devono elaborare incessantemente i segnali ambientali utilizzando le proprie reti di segnalazione biochimica e di regolazione genica. In termini teorici, la cellula può quindi essere considerata un circuito logico che partendo da una varietà di input fisico-chimici – quali sostanze chimiche acidi nucleici, antigeni, ioni metallici, luce, calore – restituisce come output altre sostanze chimiche, oppure movimento, crescita cellulare e cambiamenti di morfologia.

Secondo quanto riferito nell’articolo apparso sulla rivista “Science”, gli studiosi hanno sviluppato un’architettura del tutto analoga a quella dei transistor ma basata unicamente sulle proprietà dei meccanismi di regolazione genica, riuscendo così a implementare tutte le possibili porte logiche, note come AND, NAND, OR, XOR, NOR, e XNOR, che costituiscono i circuiti di base per l’elaborazione automatica delle informazioni.

La porta logica “AND” fornisce il valore di output 1 solo quando i due input sono entrambi 1, mentre la porta NAND, negazione della AND, restituisce il valore 1 solo quando i due input sono entrambi 0. La porta “OR” restituisce invece il valore “1” quando almeno uno dei due input è “1”, mentre la NOR, restituisce il valore 1 solo quando gli input sono entrambi 0. Infine, la porta XOR restituisce il valore 1 solo se i due ingressi sono diversi, mentre la porta NXOR solo se sono uguali.

Nel caso dell’elettronica digitale, i valori 0 e 1 sono codificati dalla presenza o assenza di corrente elettrica, e corrispondono a un interruttore aperto o chiuso. Nel caso dei transistor biologici, invece, il “cavo elettrico” è rappresentato dal filamento di DNA, mentre l’analogo degli elettroni che costituiscono la corrente è una molecola di RNA polimerasi, un enzima che “percorre” il filamento di DNA catalizzando la sintesi della molecola di RNA complementare di un gene.[one_fourth last=”no”]

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La prospettiva a lungo termine nel campo delle scienze della vita è che i transistor biologici possano diventare i componenti fondamentali per l’amplificazione di segnali, come lo sono stati i transistor per l’elettronica. I transcriptor permetterebbero non solo di controllare l’attività delle cellule di un organismo, grazie alla registrazione della sua esposizione ad alcuni stimoli o fattori ambientali, ma anche di accedere e spegnere la riproduzione cellulare, con possibili ricadute nel trattamento di molte patologie.

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