Биологический компьютер уничтожает раковые клетки

Исследователи под руководством профессора ETH Яакова Бененсона и профессора MIT Рона Вайсса успешно внедрили диагностическую сеть биологического «компьютера» в человеческие клетки. Эта сеть распознает определенные раковые клетки с помощью логических комбинаций пяти специфичных для рака молекулярных факторов и запускает их уничтожение.

В исследовании, опубликованном в Science, описан синтетический «контур» из нескольких генов, задача которого — отличать раковые клетки от здоровых и впоследствии уничтожать раковые. Контур работает, анализируя и интегрируя пять внутриклеточных раково-специфичных молекулярных факторов и их концентрацию. Положительная идентификация происходит только при наличии в клетке всех факторов, что обеспечивает высокую точность диагностики.

Как это работает

• Ученые определили уникальный профиль микроРНК (miRNA) для клеток рака шейки матки HeLa. Комбинация всего пяти специфичных miRNA (некоторые в высоких, некоторые в очень низких концентрациях) позволяет отличить клетки HeLa от всех здоровых типов клеток.
• Факторы miRNA подвергаются булевым вычислениям (логические операции И, НЕ) внутри самой клетки.
• Контур генерирует требуемый результат — гибель клетки — только если весь расчет со всеми факторами дает логическое значение ИСТИНА.

Результаты и перспективы

Систему протестировали на двух типах культивируемых человеческих клеток: раковых HeLa и нормальных. После внедрения генетического биокомпьютера уничтожались только клетки HeLa.

Следующим шагом станет тестирование клеточных вычислений на соответствующей животной модели с целью создания будущих диагностических и терапевтических инструментов.

Вызовы

• До полностью функционального метода лечения для людей еще далеко.
• Ключевая проблема — эффективная и безопасная доставка чужеродных генов в клетку. Существующие методы (вирусные и химические) требуют доработки, особенно для временного, а не постоянного введения генов.

Эта работа представляет собой важный первый шаг, демонстрирующий осуществимость такого селективного диагностического метода на уровне единичной клетки.