Znanstveniki spremenili človeške celice v žive računalnike

Raziskovalca Keren Roas in Lior Nissim s Hebrejske univerze v Jeruzalemu sta znotraj človeških celic kot prva ustvarila umetne genetske sisteme, ki so sposobni procesirati kompleksne informacije in slediti natančnim navodilom. Čeprav so si strokovnjaki že dolgo želeli celice programirati tako, da bi same prepoznale bolezenska stanja in se nanje odzvale, je bila glavna ovira doslej pomanjkanje ustreznih genetskih gradnikov.

Dosedanji poskusi so delovali stopenjsko, kar pomeni, da je vsak nov ukaz zahteval dodatno plast računskih operacij znotraj celice. Večji kot je bil sistem, hitreje sta upadali zanesljivost in učinkovitost teh bioloških izračunov. Ekipa iz Jeruzalema pa je ubrala povsem novo pot, ki celicam omogoča izvajanje zapletenih programov z uporabo bistveno manjšega števila korakov in genetskega materiala. S tem so ohranili polno funkcionalnost celice, ne da bi jo preobremenili.

Za ta dosežek so uporabili naravni proces, imenovan trans-prepletanje RNA (RNA trans-splicing), pri katerem se deli genetskih sporočil znotraj celice združijo. To so kombinirali z lastnimi umetno izdelanimi regulacijskimi elementi. Ustvarili so posebna molekularna orodja, ki delujejo kot biološki procesorji in sprožijo izražanje določenih genov glede na vnaprej določen načrt. Ker lahko sistem obdeluje več signalov hkrati, je izjemno učinkovit.

V sklopu predstavitve so znanstveniki zgradili biološke naprave, ki posnemajo prave računalniške komponente. Ustvarili so biološki polni seštevalnik, ki lahko izvaja preprosto dvojiško matematiko, podobno kot 3-bitna enota v računalniškem procesorju. Prav tako so razvili biološko različico multipleksorja oziroma elektronske komponente, ki izbira med več signali in jih posreduje naprej. Vse te procese so spremljali s pomočjo fluorescenčnih proteinov, ki žarijo v različnih barvah.

Kljub začetnemu navdušenju, prenos tovrstnih laboratorijskih sistemov v živa človeška telesa prinaša nepredvidljiva tveganja. Zato so raziskovalci že vgradili varnostni mehanizem. Če celica zazna neveljavno ali preobremenjeno konfiguracijo, sproži posebno opozorilo. To bi lahko v prihodnosti preprečilo usodne napake pri medicinskih posegih.

V prihodnje bi te pametne celice lahko neprekinjeno nadzorovale okolje v telesu. Programirana celica bi lahko hkrati preverila več markerjev bolezni in sprostila zdravilo le takrat, ko zazna točno določeno kombinacijo. Za prikaz tega koncepta so celice programirali za izločanje interlevkina-15 (IL-15), proteina, ki spodbuja delovanje imunskega sistema v boju proti raku.