Цитата сообщения galkapogonina Японцы научили бактерии решать судоку. Плесневый гриб Слизевик воспроизвёл карту токийской железной дороги. А мы еще ищем внеземной разум!

http://www.membrana.ru/lenta/?10893
Японцы научили бактерии решать судоку

18 ноября 2010
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).


Подробности опыта можно найти на страничке проекта Sudoku. http://2010.igem.org/Team:UT-Tokyo/Sudoku_abstract
(Узнайте также о том, как бактерии научились разговаривать цветом - http://www.membrana.ru/lenta/?4574
и работать в роли синхронизированных генетических часов - http://www.membrana.ru/lenta/?10044 ,


Bacteria make Mexican waves

а слизевик построил карту железнодорожных линий Токио - http://www.membrana.ru/lenta/?10037.)

Плесневый гриб воспроизвёл карту токийской железной дороги

22 января 2010

Слизевик относится к одноклеточным, которые можно увидеть невооружённым глазом (фото Jonatha Gott/Center for RNA Molecular Biology, Case Western Reserve University).

Выращенный на карте окрестностей Токио слизевик вида Physarum polycephalum самостоятельно организовался в сеть, поразительно сходную с сетью железных дорог в этом районе. Способность миксомицета без всякой математики оптимально распределять связи между важными точками, по мнению учёных, открывает путь к неожиданному способу проектирования транспортных систем.

Слизевики часто встречаются внутри гнилой древесины. Когда грибы обнаруживают бактерии или споры, они выбрасывают жгутики протоплазмы, переваривая добычу. Слизевики растут, трансформируясь в эффективную сеть тонких трубок, расширяющуюся в сторону с большим количеством питательных веществ.

Ещё в 2000 году исследователь Тосиюки Накагаки (Toshiyuki Nakagaki) и его коллеги из университета Хоккайдо (Hokkaido University) экспериментально показали, что Physarum polycephalum умеет находить кратчайший выход из лабиринта, за что в 2008 году команда японцев получила Игнобелевскую премию по когнитологии.

Но теперь международная группа исследователей, в которую входил всё тот же Накагаки плюс его коллеги из университетов Хоккайдо, Оксфорда (University of Oxford) и Хиросимы (Hiroshima University), решила выяснить, помогут ли "интеллектуальные способности" слизевику найти верное решение в ситуации, когда требуется сбалансированно распределить усилия между несколькими целями.

Такая комбинаторная задача, по мнению авторов эксперимента, сходна с проектированием сети железных дорог. Соединение каждой точки со всеми остальными слишком расточительно, хотя для пассажиров оно означает кратчайшее путешествие в любой другой. Выстраивание же прямых связок между крупными пунктами зачастую означает большие "крюки" при поездках между второстепенными станциями. Нужен компромисс. А сравнить его можно с решением, которое уже было найдено людьми.

Потому японцы и британцы взяли подложку из агара и разложили на ней кусочки овсяных хлопьев (лакомство для слизевика) так, чтобы те представляли собой точную карту городов, лежащих вокруг японской столицы. Слизевик поместили в центр — он играл роль самого Токио. Через 26 часов организм соединил трубками все вкусные "города", причём рациональным способом. Опыт повторили несколько раз, и в очень многих случаях карта выростов слизевика неплохо совпадала с картой железнодорожных линий вокруг Токио.

Слизевик на старте, через 5, 11 и 26 часов (фото Science/AAAS).

Авторы исследования считают, что если выстроить компьютерную модель поведения данного организма, она поможет в дальнейшем находить оптимальные решения при проектировании транспортных сетей. Детали этого забавного опыта можно найти в статье в журнале Science.

Один из вариантов сети грибка и сравнение её графики (справа ввверху) со схемой железных дорог (справа внизу) (фото Science/AAAS).

Заметим, Physarum polycephalum далеко не первый раз используется в экспериментах, в которых ценными оказываются мобильные возможности слизевика, а также его "разумная" реакция на изменения окружающих условий (наличие или отсутствие пищи, свет). Так, в 2006 году британо-японская команда учёных и инженеров заставила слизевика управлять подвижным роботом - http://www.membrana.ru/articles/technic/2006/02/14/204300.html.

(Эх, вот если бы эта слизь уселась на шестиногого робота верхом и поскакала, тогда б слов вообще не было. Но это возможно! В будущем. Пока же грибообразный организм управляет механическим насекомым удалённо. Робот ходит, руководствуясь страхами слизевика. Что, на самом деле, тоже впечатляет...)
Ранее мы рассказывали, как бактерии "по-человечески" совершают выбор, разговаривают цветами и как были созданы клетки с искусственной генетической памятью.