Değişen çevreye tepki verme yeteneğinin bir zamanlar karmaşık canlı organizmalara özel olduğu düşünülüyordu. Daha sonra, uyaran-tepki görevleri için özel olarak tasarlanmış, çevrelerinden sinyaller alabilen ve önceden kendilerine yazılmış talimatlara göre bir sonraki adımda ne yapılacağını seçebilen bilgisayarlar geldi.
Bilim adamları uzun zamandır bu tür davranışları kimyasal sistemlerde kopyalamak istiyorlardı. Yaşamın ve bilgisayarların her ikisinin de karar vermek için senkronize çalışan birçok parçaya ihtiyacı var; bu nedenle, bir test tüpündeki bir avuç kimyasalın aynı şeyi yapmasını beklemek oldukça zor görünüyordu.
Artık değil. Hollanda ve Avustralya’dan bir araştırma ekibi, farklı peptitlerin enzimler (özellikle bir ağ halinde düzenlenmiş proteazlar) için rekabet ettiği yeni bir kimyasal ağ geliştirdi. Bu rekabet, kimyasal karışımın kendini yeniden düzenlemesine ve dış ortama uyum sağlayan bir enzimatik ağ oluşturmasına neden olur.
Ağ, hem kimyasal hem de fiziksel sinyalleri sınıflandırabiliyor, 25–55°C aralığındaki sıcaklığı yaklaşık 1,3°C hassasiyetle doğru bir şekilde algılayabiliyor ve sinir sistemlerine benzer şekilde seçim yapma ve yanıtlarını ayarlama gibi görevleri gerçekleştirebiliyor. Proteaz bazlı ağ aynı zamanda birden fazla işlem adımını aynı anda işleyebilir. Doğa.
Biyolojik karmaşıklığın taklit edilmesi
Canlı hücreler sürekli olarak çevrelerinden bilgi alırlar. Besin maddeleri, sıcaklık değişiklikleri, asit seviyeleri ve ışık gibi şeyleri tespit edebilirler. Biyolojik açıdan bakıldığında, her biri görevini verimli bir şekilde yerine getiren karmaşık bir makine ağı gibi görünür. Yakından bakıldığında, tüm sistemin sürekli olarak birbirleriyle sinyal gönderen ve reaksiyona giren kimyasallardan oluşan bir ağ tarafından yönlendirildiği açıkça görülüyor.
Araştırmacılar, doğadaki bu karmaşık kimyasal ağların çoğunun, ağ motifleri adı verilen benzer, tekrarlanabilir desenler kullanılarak inşa edildiğini keşfettiler. Birçok çalışma, biyolojik bilgi işlemeyi taklit eden sentetik reaksiyon ağlarını tasarlamak için bu ağ motiflerini şablon olarak kullandı, ancak canlı sistemlerin tüm karmaşıklığını yakalayamadılar.
Bu çok yönlülüğe daha yakın olan çerçeveler, özyinelemeli etkileşimlere sahip olanlardır; kimyasal reaksiyonun ürünleri, yeniden işlenmek üzere sisteme geri beslenir. Bu reaksiyon ağları, yalnızca birkaç başlangıç girdisinden çok çeşitli kimyasal ürünler üretebilir.
Atomların yönlendirdiği kararlar
Özyinelemeli etkileşimlerden yararlanan araştırmacılar, moleküler bilgisayarlarının temelini oluşturan oldukça dinamik bir kimyasal ortam olan karmaşık, yinelemeli bir enzimatik rekabet ağı (ERN) oluşturdular. Ağ, yinelenen, rekabetçi bir reaksiyon ağı oluşturmak için kullanılan çoklu bölünme bölgelerine sahip yedi enzim ve yedi peptidden oluşturulmuştur.
Peptitler enzimler için rekabet eder ve tekrar tekrar kesilerek sürekli değişen bir parça karışımı oluşturulur. Devam eden bu süreç, son derece doğrusal olmayan bir enzimatik reaksiyonlar ağı üretir ve bu, bileşimi, peptit konsantrasyonundaki veya sıcaklık veya pH gibi fiziksel ortamdaki değişiklikleri içerebilen, başlangıç girdilerine göre önemli ölçüde değişen kimyasal parçaların karmaşık bir karışımıyla sonuçlanır.
Kimyasal parçalar bir kütle spektrometresi kullanılarak gerçek zamanlı olarak ölçülür. Bu veriler daha sonra, parça modellerinin kodunu çözen ve bunları sıcaklığı algılama, zamana dayalı veya ışık darbesi periyodiklik değişikliklerini tespit etme gibi nihai bir karara veya tahmine dönüştüren, doğrusal okuma katmanı adı verilen basit bir algoritma tarafından yorumlanır.
Araştırmacılar, ERN’nin gösterdiği yeteneklerin, dinamik algılama gerçekleştirmesine ve optik darbeler kullanarak zamanlama bilgisini depolamasına veya kodlamasına olanak verebileceğine inanıyor. Bu tür yetenekler, sağlık hizmetleri ve teknolojide gerçek dünya uygulamalarına sahip daha akıllı, daha uyarlanabilir biyosensörlerin ve malzemelerin geliştirilmesine yol açabilir.
Yazarımız Sanjukta Mondal tarafından sizin için yazılan, editörlüğü Stephanie Baum tarafından yapılan ve Robert Egan tarafından doğruluğu kontrol edilen ve gözden geçirilen bu makale, insanların dikkatli çalışmasının sonucudur. Bağımsız bilim gazeteciliğini canlı tutmak için sizin gibi okuyuculara güveniyoruz. Bu raporlama sizin için önemliyse lütfen bağış yapmayı düşünün (özellikle aylık). Bir alacaksın reklamsız bir teşekkür olarak hesaplayın.
