Znanstvenici pretvaraju ljudske stanice u živa računala

Istraživači Keren Roas i Lior Nissim s Hebrejskog sveučilišta u Jeruzalemu prvi su stvorili umjetne genetske sustave unutar ljudskih stanica koji su sposobni obrađivati složene informacije i slijediti precizne upute. Iako stručnjaci već dugo žele programirati stanice da prepoznaju i reagiraju na bolesna stanja, glavna prepreka bio je nedostatak odgovarajućih genetskih gradivnih blokova.

Prethodni pokušaji su funkcionirali postupno, što znači da je svaka nova naredba zahtijevala dodatni sloj računalnih operacija unutar stanice. Što je sustav bio veći, brže su se smanjivale pouzdanost i učinkovitost tih bioloških izračuna. Međutim, tim iz Jeruzalema krenuo je potpuno novim putem koji stanicama omogućuje izvršavanje složenih programa koristeći znatno manji broj koraka i genetskog materijala. Pritom su zadržali punu funkcionalnost stanice bez njenog preopterećenja.

Da bi to postigli, koristili su prirodni proces nazvan RNA trans-splicing, u kojem se dijelovi genetskih poruka spajaju unutar stanice. To su kombinirali s vlastitim umjetno dizajniranim regulatornim elementima. Stvorili su posebne molekularne alate koji djeluju kao biološki procesori, pokrećući ekspresiju specifičnih gena prema unaprijed određenom planu. Budući da sustav može istovremeno obraditi više signala, izuzetno je učinkovit.

Kao dio demonstracije, znanstvenici su izgradili biološke uređaje koji oponašaju stvarne računalne komponente. Izradili su biološki potpuni zbrajač koji može izvoditi jednostavne binarne matematičke operacije, slično 3-bitnoj jedinici u računalnom procesoru. Također su razvili biološku verziju multipleksera, elektroničke komponente koja odabire iz više signala i prosljeđuje ih dalje. Svi ovi procesi praćeni su pomoću fluorescentnih proteina koji svijetle u različitim bojama.

Unatoč početnom uzbuđenju, prijenos takvih laboratorijskih sustava u živa ljudska tijela nosi nepredvidive rizike. Zato su istraživači već ugradili sigurnosni mehanizam. Ako stanica otkrije nevažeću ili preopterećenu konfiguraciju, aktivira posebno upozorenje. To bi moglo spriječiti fatalne pogreške u medicinskim intervencijama u budućnosti.

U budućnosti bi ove pametne stanice mogle kontinuirano pratiti tjelesnu okolinu. Programirana stanica mogla bi provjeravati više markera bolesti odjednom i otpuštati lijek samo kada otkrije određenu kombinaciju. Kako bi se demonstrirao ovaj koncept, stanice su programirane da luče interleukin-15 (IL-15), protein koji stimulira imunološki sustav u borbi protiv raka.