Ученые разработали технологию, позволяющую программировать человеческие клетки для выполнения сложных вычислений и самостоятельного принятия решений по принципу компьютерных чипов. Искусственные генетические системы, созданные внутри клеток, способны обрабатывать поступающую информацию и действовать в соответствии с заданными инструкциями. Как считают исследователи, в перспективе эта разработка может стать основой для создания «умных» живых лекарств, предназначенных для точной борьбы с тяжелыми заболеваниями, включая онкологические.
Читайте: Россиянам готовят новые запреты: что изменится уже в ближайшее время
Разработка основана на принципах синтетической биологии, которая использует методы компьютерных наук для управления живыми системами. Помимо вычислений на уровне РНК, ученые создают логические элементы по типу И, ИЛИ и НЕ на основе ДНК, превращая бактерии и клетки млекопитающих в биологические сенсоры. Предполагается, что подобные биокомпьютеры смогут длительное время находиться в неактивном состоянии внутри организма, включаясь только при появлении признаков заболевания или токсичных веществ.
В ходе исследования специалисты создали биологические процессоры внутри живых клеток, которые способны одновременно анализировать несколько сигналов и самостоятельно принимать решения. Для этого был использован естественный процесс сплайсинга матричной РНК — этап созревания генетической молекулы, во время которого удаляются лишние фрагменты и соединяются необходимые участки.
Использование природного механизма позволило сократить количество промежуточных операций и генетических элементов, необходимых для выполнения вычислений. В рамках эксперимента исследователи смогли воспроизвести в клетках аналоги ключевых компонентов компьютерной архитектуры, включая трехбитный сумматор для двоичной математики и мультиплексор, отвечающий за выбор сигналов. Кроме того, система получила встроенный механизм безопасности: при возникновении перегрузки или ошибки клетка подает световой сигнал с помощью флуоресцентных белков. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.
Основной задачей новой технологии ученые называют создание терапевтических клеток, способных самостоятельно выявлять заболевания и запускать лечение только при обнаружении строго определенного сочетания биологических маркеров. Такой подход, как предполагается, позволит воздействовать на патологические очаги, включая опухоли, не повреждая здоровые ткани организма. В ходе экспериментов исследователи уже запрограммировали клетки на выработку иммунного белка интерлейкина-15, который рассматривается как средство борьбы с раком.
Соавтор исследования доктор Лиор Нисим отметил, что предложенный подход открывает возможность создавать сложные биологические программы, предназначенные для защиты организма.
Читайте также: