A sejtek alapvetően apró számítógépek, amelyek jeleket fogadnak és küldenek. Például egy franciakrémes és egy habos kávé elfogyasztása után biztosra vehetjük, hogy vércukorszintünk magasra ugrik, a hasnyálmirigysejtek pedig megkapják az üzenetet: tessék több inzulint termelni.
Azok után, hogy a tudósok felismerték a sejtek működésében rejlő logikát, már jó ideje azon dolgoznak, hogy megbolygassák az algoritmusukat, és ellenőrizés alá vonják a sejtszintű folyamatokat. A Nature Biotechnology folyóiratban közzétett cikkben kutatók arról számoltak be, hogy már 109 különböző logikai utasítással tudják engedelmességre bírni a programozott emberi sejteket. A további fejlesztések odáig vezethetnek, hogy a sejtek képesek lesznek reagálni olyan konkrét utasításokra vagy környezeti jelekre, amelyek a betegségek elleni küzdelemmel vagy vegyi anyagok gyártásával kapcsolatosak.
A sejtek az utasítások végrehajtására DNS-rekombináz fehérjéket használnak, amelyek elvágják, újrakeverik vagy egyesítik a DNS-szegmenseket. Ezek a fehérjék felismernek és megcéloznak egy konkrét pozíciót a DNS-szálon, a kutatók pedig rájöttek, hogyan lehet kiváltani az aktivitásukat. Attól függően, hogy a rekombináz aktiválódik-e, a sejt vagy termel, vagy nem termel a DNS-szegmensre jellemző fehérjét.
Például a sejt programozható úgynevezett NEM logikai kapuként. Ez az egyik legegyszerűbb logikai utasítás, amikor nem csinál valamit, ha megkapja a startutasítást. Wilson Wong, a Boston University kutatásvezető biológusa szerint ezek a manipulált sejtek "genetikai áramkörökként" működnek. Például, ha egy sejt alaphelyzetben fluoreszkáló fehérjét termel, kaphat olyan utasítást, hogy ne tegye. De amikor a sejt nem tartalmazza az enzimet, akkor világítani fog. Ezt a módszert többek között arra lehet használni, hogy betegségeket diagnosztizáljanak. A világító tulajdonságot ugyanis be lehet kapcsolni olyan fehérjékkel, amelyek csak bizonyos betegségre jellemzőek. Ha a sejtek világítanak azután, hogy belekeverik őket egy beteg vérébe, akkor az egyértelmű bizonyítéka a fertőzésnek. Ez sokkal olcsóbb módszer lehet, mint a jelenlegiek, amelyeknél drága gépek kellenek a vérminták elemzéséhez. A fejlesztések jelenlegi fázisában azonban még nem ez a lényeg, hanem hogy a sejtek pontosan értsék meg és hajtsák végre az utasításokat.
A gyógyszeripari vállalatok például arra tanítják az immunsejteket, hogy jobban derítsék fel a rákot az ismertetetthez hasonló technológiával. A rákos sejteknek is megvannak a biológiai ujjlenyomataik bizonyos fajta fehérje formájában. A Seattle-i Juno Therapeutics cég által felkészített immunsejtek képesek érzékelni ezeket a fehérjéket, és specifikusan megcélozni a rákos sejteket. Ha logikai kapukat kapcsolnak ezekhez az immunsejtekhez, akkor programozhatóak lesznek a rákos sejtek elpusztítására egy kifinomultabb és ellenőrzött módon.
5.-es biológiakvíz: hány veséje van egy embernek? – 10 kérdés az emberi testről
Wong csoportja nem az első, amely biológiai logikai kapukat épít, de ilyen sikereket más még nem ért el. A 113 általuk épített "áramkörből" 109 működőképes. Most, hogy már képesek alapvető genetikai áramkörökkel dolgozni, a következő lépés az lesz, hogy a logikai kapukat működőképessé tegyék különböző típusú sejtek esetében is. De ez nem lesz könnyű, mert a fehérjékkel kódolt utasítások esetenként többféleképpen is léteznek, azaz nem lehet egyszerűen csak ki-bekapcsolgatni bizonyos DNS-szakaszokat, megbolygatva a 3 milliárd éves evolúciót.
Ez is érdekelhet
Forrás: Wired
Legjobban: