Клетки можно сравнить с маленькими компьютерами — они посылают и получают входные и выходные данные. Если вы пьете сладкий напиток, уровень сахара повышается, и клетки поджелудочной железы получают сигнал о необходимости выработки большего количества инсулина.
Однако это не просто метафора. В течение последних десятилетий биологи работали над тем, чтобы взломать "алгоритм" клеток, пытаясь взять их под контроль. Воссоздавая естественную роль клеток как инженеров биологических процессов, они постепенно редактируют ДНК. В результате в исследовании, опубликованном в журнале Nature Biotechnology, описаны клетки, которые действуют в соответствии с 109 различными новыми инструкциями, переданными им.
В перспективе это может привести к созданию клеток, способных реагировать на определенные сигналы и указания, например. производя важные вещества, необходимые для борьбы с конкретными заболеваниями.
Описанные клетки выполняют предписанные инструкции с помощью белков, называемых ДНК-рекомбиназами, которые разрезают, перестраивают или объединяют фрагменты ДНК. Эти белки распознают и атакуют определенные места на нити ДНК. И теперь ученые узнали, как вызвать их активность. В зависимости от того, стимулируются рекомбиназы или нет, клетка может производить или не производить белки в определенном сегменте ДНК.
Клетку также можно запрограммировать на прекращение определенных действий по команде. Авторы исследования использовали свой метод для создания клеток, которые полагаются на команды. Биолог Уилсон Вонг из Бостонского университета, возглавляющий исследование, называет их "генетическими цепями".
Полученные клетки могут не только производить или останавливать производство белков под воздействием информации (фермента), но и отвечать на более сложные инструкции, генерируя ответ на последовательность условий. Самое главное, чтобы клетки понимали и выполняли указания правильным образом. Ученые сравнивают этот процесс с созданием прототипа электроники!
Могут ли такие модифицированные клетки помочь лучше диагностировать заболевания или лечить их? Например, правильно запрограммировав клетки на обнаружение и атаку специфических белков нашей иммунной системой, мы сможем улучшить борьбу с раком, удаляя дефектные клетки более контролируемым и сложным способом.
У "программируемых" клеток есть и другие потенциальные применения. Многие компании используют генетически модифицированные дрожжи для производства химических веществ, используемых, например, в парфюмерной промышленности. Однако они не являются идеальным производственным материалом. После многократного деления они склонны к мутации.
Если их правильно запрограммировать, они могут самоуничтожиться до того, как перестанут функционировать должным образом и испортят партию продукта.
Однако для достижения такого совершенства потребуются долгие годы исследований — клетки представляют собой чрезвычайно сложные структуры, и их ДНК нельзя просто включить или выключить. Кодирование новых инструкций также не всегда возможно — в конце концов, не так-то просто перехитрить 3 миллиарда лет эволюции.
