Умные клетки, способные выполнять вычисления и принимать решения, стали реальностью — и это может изменить будущее медицины. Исследователи из Еврейского университета создали искусственные генетические системы, позволяющие человеческим клеткам обрабатывать информацию и следовать сложным инструкциям. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.
Ключевая идея технологии — совместить естественный процесс транс‑сплайсинга РНК, при котором фрагменты генетической информации соединяются внутри клетки, с набором естественных и искусственных регуляторных элементов. Такой подход даёт возможность реализовывать в клетках сложные программы, задействуя значительно меньше генетических «строительных блоков», чем прежде. Раньше каждая новая инструкция требовала отдельного уровня вычислений, и по мере усложнения схемы снижались надёжность и эффективность. Новая методика позволяет преодолеть это ограничение.
Наш новый подход позволяет клеткам выполнять сложные программы, используя гораздо меньше вычислений и генетических строительных блоков. Это позволяет создавать гораздо более сложные биологические программы без потери функциональности.
Чтобы показать возможности разработки, ученые реализовали в клетках аналоги компьютерных компонентов. В их числе — биологический «полный сумматор», выполняющий простые вычисления в двоичной системе, и биологическая версия мультиплексора, выбирающего один сигнал из нескольких. Для отслеживания работы этих устройств применяли флуоресцентные белки, которые светятся разными цветами. Также в систему добавили функцию безопасности: если конфигурация оказывается неверной или перегруженной, клетка подаёт предупреждающий сигнал.
Одно из наиболее перспективных направлений применения технологии — создание «умных» терапевтических клеток, способных постоянно анализировать окружающую среду и реагировать на изменения. В рамках эксперимента исследователи запрограммировали клетки на выработку интерлейкина‑15 — белка, усиливающего активность иммунных клеток, борющихся с раком. В перспективе такие системы смогут одновременно оценивать несколько маркеров заболевания и запускать лечение только при определенной комбинации признаков, тем самым снижая риск повреждения здоровых тканей.
Технология прокладывает путь к лекарствам, работающим по принципу программного обеспечения: биологический «код» будет четко определять, когда и как клеткам реагировать на болезнь. Это способно сделать терапию более точной, надежной и безопасной.
Ранее Наука Mail рассказывала, что найден способ восстановления поврежденных клеток уха.
