Новая методика позволяет программировать человеческие клетки

В работе, опубликованной в журнале Nature Biotechnology, сообщается, что ученым удалось заставить клетки выполнять 109 различных логических инструкций. Таким образом вычислительное устройство — больше чем просто удобная метафора при описании этой технологии. С дальнейшим развитием технологий это может привести к тому, что клетки научатся реагировать на команды. Это позволит им эффективнее вырабатывать нужные химические вещества и бороться с разнообразными болезнями.

Клетки выполняют инструкции, используя белки, которые получаются в результате рекомбинации ДНК — когда цепь ДНК перетасовывается, обрезается или сцепляются участки двух разных цепей. Ученым удалось выяснить, как можно активировать эти белки. И в зависимости от того, активирована рекомбинация или нет, клетка будет производить белки, закодированные в этом участке ДНК.

Например, клетка может быть настроена на выполнение простой логической операции отрицания — не делать определенное действие при активации. Ранее ученые создали клетки, которые начинают светиться по команде. Теперь же, когда клетка содержала определенную рекомбинацию ДНК, это не позволяло ей вырабатывать голубой флуоресцентный белок, заставляющий ее светиться. Но если рекомбинации не было, то клетка загоралась. В работе описываются и более сложные наборы инструкций, например, клетка светилась только при совпадении большого ряда условий.

Создатели говорят, что уже показательный эксперимент с светящимися клетками может стать полезным. Их можно запрограммировать на определение конкретных болезней. Дальше, если запустить образец таких клеток в кровь пациента, то можно определить, имеются ли у него эти заболевания. Если да, то клетки дадут об этом знать своим свечением. Потенциал не ограничивается светом клеток. Ученые приводят в пример создание электронных систем на базе контроллера Arduino. Обучение всегда начинается с того, чтобы заставить светодиод мигать по команде. Дальше идет переход к более сложным проектам.

Умение программировать клетки позволит создавать эффективные системы для обнаружения рака, потому что раковые клетки оставляют свои отпечатки, по которым их можно найти. Если применить технологию программирования и к иммунным клеткам, то можно настроить их на уничтожение раковых клеток и на лечение других болезней.

Исследователи Университета Северной Каролины уже запрограммировали стволовые клетки выслеживать и уничтожать раковые — речь идет о лечении глиобластомы, агрессивной формы рака мозга. А специалисты Института биологических исследований Солка запрограммировали геном мышей на омоложение.