Новая методика синтетической биологии может привести к прорывам в лечении болезней

Синтетическая биология предлагает перспективу будущего медицины, где клетки можно перепрограммировать для борьбы с такими заболеваниями, как рак и диабет. Для этого учёные используют вирусы, чтобы заразить клетки и передать им новые свойства, заставляя их вести себя определённым образом. Однако до сих пор не было надёжного метода, гарантирующего одинаковое поведение всех клеток, даже если они заражены неравномерно.

В статье, опубликованной на прошлой неделе в журнале Nature Biotechnology, заслуженный профессор Северо-Восточного университета Эдуардо Сонтаг и его коллеги описывают новую методику синтетической биологии, которая даёт исследователям беспрецедентный контроль над процессом.

«Это приближает нас к цели создания надёжных и устойчивых интервенций с использованием синтетической биологии и генной инженерии», — сказал Сонтаг. Соавторами статьи выступили Кристофер Войгт и Томас Сегалл-Шапиро из Центра синтетической биологии Массачусетского технологического института.

Учёные заинтересованы в использовании синтетической биологии для разработки методов лечения различных заболеваний. Например, диабет 1 типа вызван аутоиммунным заболеванием, при котором организм ошибочно разрушает бета-клетки, производящие инсулин. Что, если можно было бы сконструировать клетки, которые отслеживают свою численность и делятся, когда чувствуют, что популяция сокращается?

Это теоретический пример, пояснил Сонтаг, но он иллюстрирует потенциальную силу синтетической биологии. Прежде чем эти интервенции станут реальностью, учёные должны освоить контрольные цепи, которые они встраивают в клетки.

«Это как термостат, — сказал Сонтаг. — Если в комнате слишком жарко, он включает кондиционер. Если слишком холодно — обогреватель. Существует механизм обратной связи, регулирующий температуру. Таким же образом вы строите цепи, чтобы попытаться регулировать процессы в клетке».

Чтобы встроить контрольную цепь в клетки, учёные используют вирусы в качестве вектора. Проблема в том, что клетки заражаются с высокой вариабельностью, что делает экспрессию их генов очень непредсказуемой.

«Если вы сажаете семена и не хотите, чтобы растений было слишком много в одном месте, вам нужно равномерное распределение», — сказал Сонтаг. Именно это и позволяет сделать его новый метод. Когда вирус вводится в клетки, гены внутри клеток «сравниваются» друг с другом и саморегулируются, так что итоговое поведение оказывается одинаковым, как если бы заражение распространилось более равномерно.

По словам Уилсона Вонга, исследователя в области биомедицинской инженерии из Бостонского университета, не участвовавшего в этой работе, данное исследование представляет собой значительное достижение в синтетической биологии. Вонг сосредоточен на клеточной иммунотерапии — использовании собственной иммунной системы организма для борьбы с болезнями. «Метод обеспечивает исключительный контроль над экспрессией генов независимо от вариаций числа копий», — пояснил Вонг, имея в виду распределение инфекции в клетках. — Такой уровень контроля весьма примечателен. Я с нетерпением жду возможности опробовать этот тип конструкции в человеческих Т-клетках».

Как раз сейчас текущие исследования Сонтага сосредоточены на взаимодействии Т-клеток и опухолей, где, как известно, эти же контрольные цепи играют центральную роль.