Японцы научили бактерии решать судоку

В роли игрока выступали генно-модифицированные кишечные палочки (E. coli). Различные числа были закодированы в цветах флуоресцентных протеинов, вырабатываемых этими клетками (иллюстрация с сайта igem.org). Команда студентов из Токийского университета (University of Tokyo) и ряда других японских вузов продемонстрировала любопытное достижение на международном соревновании по генной инженерии iGEM 2010, прошедшем в начале ноября в Массачусетском технологическом институте (MIT).

Авторы опыта создали 16 штаммов бактерий с уникальными генетическими вставками, которые идентифицируют положение этих кишечных палочек в одной из клеток сетки судоку 4 х 4 (они получили порядковые номера от 1 до 16). Кроме того, модификация позволила всем этим бактериям вырабатывать один из четырёх цветов, обозначающих число в клетке головоломки.

В начале игры некоторые клетки должны быть заполнены. Потому биологи поощрили часть бактерий дифференцироваться и запустить в работу гены, кодирующие те или иные цвета. Далее авторы поместили все бактерии в колбу (собственно в ней и происходило решение головоломки).

Пример правильного выбора числа (детали – в тексте). Бактерии, принимающие решение, в данном случае находятся в сером квадрате (иллюстрация с сайта igem.org).

В растворе бактерии начали передавать друг другу два "сообщения": свой порядковый номер (позицию в головоломке) и выбранное число. Происходило это при помощи обмена вирусами-векторами, которые несли РНК, кодирующие ферменты-рекомбиназы.

Генетики запрограммировали бактерии так, что те могли принять вирусы, поступающие только от клеток, находящихся в одном ряду (или одной колонке, или одном блоке), что и они сами. Потом в дело вступал генетический переключатель, выдающий на выходе "число", которое не было принято от других клеток (смотрите рисунок справа). Так, если кишечная палочка получала числа 1, 2 и 3, она запускала синтез протеина, соответствующего числу 4.

Затем только что дифференцировавшаяся бактерия начинала транслировать соседям выбранное ею число. Соответственно, другие бактерии, ещё не успевшие определиться, получали этот сигнал. Их генетические переключатели срабатывали таким образом, что вся табличка судоку заполнялась в полном соответствии с правилами игры. Японские студенты говорят, что, расширив этот принцип на 81 штамм, можно заставить бактерии решать полный вариант судоку (9 х 9).