Gli scienziati trasformano le cellule umane in computer viventi

I ricercatori Keren Roas e Lior Nissim dell'Università Ebraica di Gerusalemme sono stati i primi a creare sistemi genetici artificiali all'interno di cellule umane, capaci di elaborare informazioni complesse e di seguire istruzioni precise. Sebbene gli esperti desiderassero da tempo programmare le cellule affinché riconoscessero e reagissero alle condizioni patologiche, l'ostacolo principale era la mancanza di elementi genetici adeguati.

I precedenti tentativi si sono basati su un approccio graduale, il che significa che ogni nuovo comando richiedeva un ulteriore livello di operazioni computazionali all'interno della cellula. Più grande era il sistema, più rapidamente diminuivano l'affidabilità e l'efficienza di questi calcoli biologici. Il team di Gerusalemme, tuttavia, ha intrapreso una strada completamente nuova che permette alle cellule di eseguire programmi complessi utilizzando un numero significativamente inferiore di passaggi e materiale genetico. In questo modo, hanno mantenuto la piena funzionalità della cellula senza sovraccaricarla.

Per raggiungere questo obiettivo, hanno utilizzato un processo naturale chiamato trans-splicing dell'RNA, in cui parti di messaggi genetici vengono unite all'interno di una cellula. Hanno combinato questo processo con elementi regolatori progettati artificialmente. Hanno creato speciali strumenti molecolari che agiscono come processori biologici, attivando l'espressione di geni specifici secondo un piano predeterminato. Poiché il sistema è in grado di elaborare più segnali contemporaneamente, risulta estremamente efficiente.

Nell'ambito della dimostrazione, gli scienziati hanno costruito dispositivi biologici che imitano componenti informatici reali. Hanno creato un sommatore completo biologico in grado di eseguire semplici operazioni aritmetiche binarie, simili a un'unità a 3 bit in un processore. Hanno anche sviluppato una versione biologica di un multiplexer, un componente elettronico che seleziona tra più segnali e li trasmette. Tutti questi processi sono stati monitorati utilizzando proteine fluorescenti che emettono luce di diversi colori.

Nonostante l'entusiasmo iniziale, il trasferimento di tali sistemi di laboratorio in corpi umani viventi comporta rischi imprevedibili. Per questo motivo, i ricercatori hanno già integrato un meccanismo di sicurezza. Se una cellula rileva una configurazione non valida o sovraccarica, attiva un allarme speciale. Ciò potrebbe prevenire errori fatali negli interventi medici in futuro.

In futuro, queste cellule intelligenti potrebbero monitorare continuamente l'ambiente del corpo. Una cellula programmata potrebbe verificare contemporaneamente la presenza di diversi marcatori patologici e rilasciare un farmaco solo quando rileva una specifica combinazione. Per dimostrare questo concetto, le cellule sono state programmate per secernere interleuchina-15 (IL-15), una proteina che stimola il sistema immunitario a combattere il cancro.