Ученые разработали метод программирования человеческих клеток для выполнения сложных вычислений и принятия автономных решений по аналогии с компьютерными чипами. Созданные внутри клеток искусственные генетические системы обрабатывают информацию и следуют инструкциям. В будущем этот технологический прорыв позволит создавать умные живые лекарства для максимально точной и безопасной борьбы со сложными заболеваниями, включая рак.
Биокомпьютеры. Синтетическая биология активно использует принципы компьютерных наук для управления живыми системами. Помимо вычислений на уровне РНК, ученые по всему миру создают логические элементы И, ИЛИ, НЕ на основе ДНК, превращая бактерии и клетки млекопитающих в полноценные живые датчики. Подобные биокомпьютеры способны годами находиться в спящем режиме внутри организма, активируясь только при появлении первых признаков патологии или токсинов, что открывает путь к созданию автономной внутренней защиты человека.
Исследователи успешно создали биологические процессоры внутри живых клеток, способные параллельно обрабатывать несколько сигналов и самостоятельно принимать решения по аналогии с компьютерными чипами. Ученые использовали природный процесс сплайсинга матричной РНК - механизма созревания генетической молекулы, при котором из нее удаляются лишние части и склеиваются нужные.
Благодаря использованию природного процесса биологические вычисления требуют гораздо меньшего количества промежуточных этапов и генетических строительных блоков. В качестве демонстрации ученые успешно воссоздали в клетках аналоги важнейших компьютерных компонентов, включая трехбитный сумматор для двоичной математики и мультиплексор для выбора сигналов. В систему также встроили функцию безопасности: при обнаружении системной перегрузки или ошибки клетка подает предупреждающий световой сигнал с помощью флуоресцентных белков. Работа опубликована в журнале Nature Communications.
Биомикрокомпьютер для медицины будущего
Главная цель этой технологии — создание умных терапевтических клеток для медицины будущего. Запрограммированная клетка сможет одновременно сканировать организм на множество маркеров заболеваний и активировать лечение исключительно при обнаружении строго заданной комбинации симптомов. Это позволит уничтожать очаги болезней, например опухоли, без вреда для здоровых тканей. В рамках экспериментов авторы уже запрограммировали клетки на выработку иммунного белка интерлейкин-15 для борьбы с раком.
Соавтор исследования доктор Лиор Нисим отмечает: «Наш подход делает возможным создание продвинутых биологических программ, защищающих организм».