Proč vkládat do lidí elektroniku, ať už z jakéhokoliv důvodu, když je možné upravit samotné lidské buňky tak, aby prováděly výpočty a samostatně se rozhodovaly, podobně jako počítačové čipy?
Lior Nissim z Hebrew University of Jerusalem a jeho kolegové vytvořili umělé genetické systémy uvnitř lidských buněk, které dovedou zpracovávat informace a řídit se složitými instrukcemi. Do budoucna by z toho mohly být chytré buněčné terapie, například pro léčbu rakoviny.
Vědci se již dlouho snaží naprogramovat buňky tak, aby samy rozpoznaly nemoc a automaticky na ni reagovaly, což by přinášelo řadu výhod. Vytváření složitých genetických programů uvnitř buněk ale naráželo na nedostatek vhodných genetických stavebních prvků. Dosavadní genetické obvody byly tak trochu jako vysoké budovy. Každá nová instrukce představuje další „patro“ výpočetních kroků uvnitř buňky. Takový systém rychle nabývá na složitosti a jeho výkon i spolehlivost podobně rychle klesají.
Jak říká Nissim, jejich nový přístup umožňuje buňkám provádět složité programy s využitím mnohem menšího počtu výpočetních operací a genetických stavebních prvků. Díky nové architektuře lze vytvářet pokročilejší biologické programy, které přitom zůstávají funkční. Badatelé využili přirozený mechanismus RNA trans-splicingu, při němž se uvnitř buňky spojují různé úseky genetických zpráv, a zkombinovali ho s přirozenými i uměle navrženými ovládacími prvky.
Navrhli speciální molekulární nástroje, které fungují jako biologické procesory. Klíčové genetické elementy upravili tak, aby podle předem definovaného genetického programu spouštěly expresi vybraných genů. Nový systém dokáže současně zpracovávat několik různých signálů a provádět s nimi složité výpočty, díky čemuž výrazně efektivnější než dřívější genetické systémy.
Nissim a spol. ověřili svou technologii sestrojením biologických zařízení, která fungují podobně jako některé součásti počítače. Vytvořili také bezpečnostní mechanismus. Pokud buňka rozpoznala neplatnou nebo přetíženou konfiguraci programu, vytvořila speciální varovný signál. Do budoucna by tento mechanismus mohl pomoci předcházet chybám při buněčných terapiích tím, že včas spustí ochranné mechanismy.
##seznam_reklama##
Technologie by časem mohla vést ke vzniku inteligentních terapeutických buněk, které budou nepřetržitě sledovat své okolí a podle zjištěných podmínek samostatně reagovat. Naprogramovaná buňka by třeba mohla současně kontrolovat několik různých biomarkerů onemocnění a léčivou látku uvolnit pouze tehdy, když zaznamená přesně definovanou kombinaci signálů. Takový přístup by umožnil mnohem přesněji zacílit léčbu na nemocnou tkáň a zároveň omezit poškození zdravých buněk.
Video: Challenge Our Expert Webinar with Dr Lior Nissim
Literatura