Система редактирования генов CRISPR широко известна в научных кругах тем, что помогает ученым лечить генетические заболевания. Но оказывается, эта технология также имеет целый ряд возможных применений в синтетической биологии.
Теперь исследователи из ETH Zurich использовали CRISPR для создания функциональных биокомпьютеров внутри клеток человека.
Синтетическая биология продолжает развивать генную инженерию, постепенно переходя от обмена несколькими генами между организмами практически к созданию искусственно созданного генома.
Науке остается следовать за природой
Как бы ни были мощны современные компьютеры, природа давно обогнала нас. Ведь о живых организмах уже можно думать как о компьютерах - потому что их клетки действуют как логические элементы, получая информацию из внешнего мира, обрабатывая ее и реагируя определенными метаболическими процессами.
«Само тело человека - это большой компьютер, - говорит Мартин Фуссенеггер, ведущий руководитель последнего исследования. - Его метаболизм использует вычислительную мощность триллионов человеческих клеток с незапамятных времен. И, в отличие от технического супер агрегата, этому большому живому компьютеру нужен всего лишь кусок хлеба для получения энергии».
Биология на языке компьютера
Использование всех естественных процессов для построения логических схем является ключевой целью синтетической биологии. В данном случае команда ETH Zurich нашла способ внедрить двухъядерные процессоры в клетки человека, сначала модифицировав инструмент редактирования генов CRISPR.
Обычно для этого ученые использует направляющие последовательности РНК для нацеливания на определенные сегменты ДНК в геноме, а затем вносят точные изменения. Для этого проекта команда создала специальную версию фермента Cas9, которая может выступать в качестве процессора.
Этот специальный Cas9 просто считывает руководство РНК, как входные данные, и в ответ добавляет определенные гены. Это, в свою очередь, создает заранее ожидаемые белки в качестве выхода. Такие процессоры действуют как цифровые половинные сумматоры - по сути, они могут сравнивать два входа или добавлять два двоичных числа и выдавать два выхода. Чтобы повысить вычислительную мощность, исследователям удалось втиснуть два ядра процессора в одну ячейку.
Открывающиеся горизонты
В конечном счете, такие двухъядерные сотовые компьютеры могут быть собраны миллиардами для создания мощных биокомпьютеров для диагностики и лечения заболеваний. Например, исследователи утверждают, что такие соединения смогут искать биомаркеры и соответственно реагировать, создавая различные терапевтические молекулы. Это будет зависеть от того, присутствуют один, другой или оба биомаркера.
«Представьте себе микро-ткань с миллиардами ячеек, каждая из которых оснащена собственным двухъядерным процессором, - вдохновенно объясняет Фуссенеггер. - Такие «цифровые органы», теоретически, могут достигать вычислительной мощности, которая намного превосходит вычислительную мощность цифрового суперкомпьютера - и использовать для этого всего лишь небольшую часть энергии».
