Loogikavärav (bioloogia): erinevus redaktsioonide vahel

Traditsiooniliselt on [[loogikavärav]] (ingl ''logic gate'') ehk loogikaelement digitaalne [[elektroonikalülitus]], mis sooritab [[Boole'i algebra]] operatsioone. Loogikaväravate põhimõtet kasutatakse ka [[bioloogia]]s, kus Boole'i algebra põhimõttel koostatakse [[süsteem]]e, mis jäljendavad [[loodus]]likke [[mehhanism]]e.<ref name="test1">Jaeger, Microelectronic Circuit Design, McGraw-Hill 1997, ISBN 0-07-032482-4, pp. 226–233</ref><ref name="test2">Tinder, Richard F. (2000). Engineering digital design: Revised Second Edition. pp. 317–319. ISBN 0-12-691295-5. Retrieved 2008-07-04 </ref>

Põhilised loogilised väravad, mida kasutatakse ka [[molekulaarbioloogia]]s sünteetiliste signaaliradade loomisel, on AND-, OR-, NOT-, NAND- ja NOR- värav.<ref name="test3">http://www.ee.surrey.ac.uk/Projects/CAL/digital-logic/gatesfunc/ Elektrooniliste loogikaväravate tingmärgid</ref> <ref name="test4">Mano, M. Morris and Charles R. Kime. Logic and Computer Design Fundamentals, Third Edition. Prentice Hall, 2004. p. 73–93</ref>

Sünteetiline bioloogia on uus suund bioloogias, mille eesmärgiks on luua ja kujundada uusi bioloogilisi süsteeme. Sellised süsteemid luuakse looduslike [[protsess]]ide eeskujul ning kasutatakse ''in vitro'' või ''in vivo'' eksperimentides, et jäljendada elektroonilisi arvutussüsteeme. Üks põhilisi kasutusel olevaid mudeleid on Boole'i loogikaväravate mudel, mis on standardne mudel arvutiteadustes. Sama mudel on võetud kasutusele ka geneetiliste loogikasüsteemide loomisel. Boole'i loogikaväravate mudeli abil arendatakse ja luuakse sünteetilisi signaaliradu, mis jäljendavad rakus toimuvaid signaalide kaskaade.<ref name="test5">S.Konur and M.Gheorghe (2014), Design and Analysis of Genetically Constructed Logic Gates</ref>

Boole'i funktsioonide läbiviimiseks elektroonilistes masinates kasutatakse tõetabeleid (ingl ''truth table''). Samu tabeleid kasutatakse ka biomolekulaarsete loogikaväravate loomisel. Et luua kontseptsioon, mis on võimalikult sarnane elus rakus toimuvaga, tuleb tõetabeleid bioloogiliseks kasutuseks modifitseerida. Kui elektroonikas loetakse sisendsignaaliks 0 või 1 vastavalt sellele, kas signaal on olemas või mitte, siis biomolekulaarsete loogikaväravate puhul pannakse sisendsignaali olemasolu paika sissetuleva informatsiooni järgi. Sisendsignaaliks loetakse 1, kui kontsentratsioon, ensümaatiline aktiivsus või biomolekulide lokalisatsioon on ületanud mingi kokkulepitud künnise. Reaalsuses on rakus toimuv aga palju keerulisem ning loogikaväravate süsteem bioloogias on olulisel määral lihtsustatud võrreldes tegelikkusega. Et taasluua või kontrollida mõnda rakulist funktsiooni, tuleb väga täpselt vastavalt funktsioonile seadistada loogikaväravate komponendid.<ref name="test6">Takafumi Miyamoto et al. (2012), Synthesizing Biomolecule-based Boolean Logic Gates</ref>

Vaatamata keerulisusele on sünteetilises bioloogias võetud eeskujuks elektroonika ning loodud märkimisväärne hulk bioloogilisi väravaid, mis jäljendavad [[DNA]] kodeerimist, [[promootor]]eid, transkriptsioonifaktoreid, [[RNA polümeraas]]i, mittekodeerivat [[RNA]]d, DNAd siduvaid elemente ning väikeseid signaalmolekule. Bioloogiliste väravate loomisega on jõutud sünteetilise bioloogia eesmärgini taasprogrammeerida geneetilisi süsteeme, mis suudavad iseseisvalt vastu võtta olulisi otsuseid. See annab võimaluse siduda loogilised väravad elavate süsteemidega, mis on oluline eeldus arvutisarnaselt töötavate bioloogiliste süsteemide loomiseks. Selliste arvutuslike bioloogiliste süsteemide loomine on revolutsiooniline areng biotehnoloogias, mis annab võimaluse muuta ja arendada praeguseid rakulisi protsesse ning leida neile uut kasutust.<ref name="test7">Vijai Singh (2014), Recent advances and opportunities in synthetic logic gates engineering in living cells</ref>

<ref name="test8">Nicolas E. Buchler, Ulrich Gerland, and Terence Hwa (2003), On schemes of combinatorial transcription logic </ref><ref name="test9" />Rafael Silva-Rocha,

Joonisel on näha loogikavärav, mis on konstrueeritud ''E.coli'''s toimuva funktsiooni põhjal, kus üheks sisendsignaaliks on promootor PT5 ja teiseks sisendsignaaliks [[valk]] MetRS-F2. Nende kahe signaali olemasolu korral sünteesitakse roheliselt fluorestseeruv valk GFP.<ref name="test10">http://bioinformatics.ac.cn/synbiolgdb/Detail.php?id=1 Konstrueeritud AND-värav</ref>

Joonisel on näha loogiliselt konstrueeritud värav, kus sisendiks on kinaasiproteiinid JNK1 ja P38a. Mõlemad suudavad aktiveerida valgu ELK-1 transkriptsioonifaktori, ilma et vajaksid koostööd teise kinaasiproteiiniga.<ref name="test11">http://bioinformatics.ac.cn/synbiolgdb/Detail.php?id=167 Konstrueeritud OR-värav</ref>

Joonisel on näha loogiliselt konstrueeritud NAND-värav, kus sisendsignaalideks on rapamütsiin ja GA3-AM ning väljundsignaaliks valk Tiam3. Välja on pakutud kaheastmeline protsess, kus rapamütsiin seondub plasmamembraanile lokaliseeritud Tiam1 aktivaatoriga ning GA3-AM seondub samuti aktivaatoriga ning transpordib Tiam1 mitokondrisse.<ref name="test12">http://bioinformatics.ac.cn/synbiolgdb/Detail.php?id=115 Konstrueeritud NAND-värav</ref>