Клетки как компьютеры: Логический элемент ИЛИ в человеческих клетках, реагирующий на разные сигналы
Ученые из ETH Zurich разработали первый в своем роде молекулярный логический элемент ИЛИ (OR gate) в человеческих клетках. Это единая система, которая производит биохимический выходной сигнал при обнаружении одного из двух или более входных сигналов.
Как работает новый переключатель
- Принцип действия: Система основана на процессе транскрипции — считывании информации гена. Она использует синтетическую генную конструкцию, производящую флуоресцентный краситель.
- Конструкция: Ген имеет три активационные последовательности (промотора). Каждой из них управляют до двух факторов транскрипции и одна или несколько малых молекул РНК.
- Логика: Ген производит краситель, если транскрипция инициирована через последовательность 1 ИЛИ последовательность 2 ИЛИ последовательность 3.
- Преимущество: В отличие от предыдущих подходов, где объединяли две отдельные системы, это единая, более компактная система в форме последовательности ДНК. На неё подана заявка на патент.
Вдохновение и значение
- Идея из природы: Конструкция вдохновлена человеческим геном CIITA, который имеет несколько активационных последовательностей.
- Замкнутый цикл: Исследователи переносят принципы математической и электронной обработки информации обратно в биологические системы. Это помогает понять, как в клетках происходят биохимические процессы принятия решений, и создавать новые биологические функции.
Потенциальное применение
Основная цель — применение в медицине для создания сложных диагностических и терапевтических систем:
- Сложная диагностика: Искусственные генетические сети смогут идентифицировать и обрабатывать различные сигналы.
- Более эффективное лечение: Например, перепрограммированные иммунные клетки могли бы уничтожать опухолевые клетки разных типов (X ИЛИ Y ИЛИ Z).
- Идеальная терапия: Лечение (например, противораковое) могло бы действовать только при наличии мишени и останавливаться, когда нормальное состояние достигнуто, не повреждая здоровые ткани.