Живі клітини перетворили в комп’ютери, за допомогою білкових логічних елементів

Ті ж самі базові елементи, на базі яких будується функціонування сучасних комп’ютерів, можуть використовуватися для управління життям на молекулярному рівні. Група вчених з Вашингтонського університету створила штучні білки, що функціонують як молекулярні логічні елементи. Введення цих білків всередину живих клітин дозволяє програмувати їх поведінку і поведінку більш складних біологічних систем, що складаються з безлічі таких клітин-біокомп’ютерів.

«Біоінженери вже давно намагалися зробити логічні вентилі з ДНК, РНК шляхом зміни білків природного походження, але всьому, що було створено раніше дуже далеко від ідеалу. Наші ж логічні елементи, створені зі спеціальних штучних білків, більш універсальні, вони забезпечують модульність створюваних біокомпонентів, що може бути використано в дуже широкому спектрі областей застосування, включаючи і біомедицину «- розповідає Девід Бейкер (David Baker), професор біохімії з Вашингтонського університету.

Робота електронного або біологічного логічного елемента полягає в його реакції на вхідні сигнали по певній логічній функції. Одним з найпростіших логічних елементів є елемент І (OR), на його виході з’являється сигнал тоді, коли сигнал присутній на всіх його входах. Наприклад, набираючи текст за допомогою клавіатури, ви затискаєте клавішу SHIFT і натиснути клавішу А. Завдяки роботі логічного елемента І натискання двох клавіш складаються і на екрані з’являється велика літера А.

Біологічні білкові логічні елементи працюють точно таким же чином, тільки замість електричних сигналів на їх входи подаються біохімічні сигнали, в ролі яких виступає присутність або відсутність молекул певних хімічних сполук. Створивши потрібну біохімічну схему з білкових логічних елементів і помістивши її всередину живої клітини, можна змусити цю клітку виконувати при наявності певних сигналів необхідні дії, такі, як виробництво певних білків, активація або пригнічення певних ділянок геному, і т.п.«Весь бортовий комп’ютер Apollo 11 Guidance Computer був побудований на базі електронних логічних елементів І-НЕ» — розповідає Цибо Чен (Zibo Chen), провідний дослідник, — «Ми ж зробили точно такий же білковий логічний елемент. І тепер при його допомоги ми зможемо створити скільки завгодно складні схеми, що відкриває шлях до появи повністю програмованих біологічних систем».

Першою областю, в якій будуть використані результати даного досягнення, стане метод боротьби з раком, званий CAR-T. Цей метод полягає в штучному поповненні чисельності Т-клітин, клітин імунної системи організму, при терапії великих злоякісних областей організм не встигає заповнювати кількість цих клітин природним шляхом, їх концентрація падає і організм стає не в змозі боротися з прогресуючим захворюванням.

Введення в генетично змінену Т-клітку логічних ланцюгів, що реагують відповідним чином на сигнали виснаження ресурсів цієї клітини, може активувати процес її відновлення і істотно збільшити термін її життя.

«Використовуючи наш новий підхід, ми зможемо створити Т-клітини, які мають довший термін життя» — пишуть дослідники, — «При цьому, програма, що закладається всередину цих клітин, буде варіюватися в залежності від особливостей організму кожного конкретного пацієнта. І все це стане ще одним видом вкрай ефективного зброї в арсеналі так званої персоналізованої медицини «. Джерело