Белковый нанокомпьютер, управляющий поведением клеток, эволюционировал
Исследователи из Университета штата Пенсильвания создали первый белковый нанокомпьютер, функционирующий как логическая схема. Это приближает разработку терапий следующего поколения на основе клеток для лечения таких заболеваний, как диабет и рак.
В отличие от традиционных подходов синтетической биологии, которые полагаются на экспрессию или подавление белков (что требует времени и затрат энергии), новая стратегия иная.
«Мы создаём белки, которые непосредственно производят нужное действие, — сказал Николай Докхолян. — Наши белковые устройства, или нановычислительные агенты, напрямую реагируют на стимулы (входные данные) и затем производят желаемое действие (выходные данные)».
В исследовании, опубликованном в Science Advances, учёные описали свой подход. Они сконструировали целевой белок, интегрировав в него два сенсорных домена, реагирующих на стимулы: свет и препарат рапамицин. В ответ белок меняет свою пространственную ориентацию.
Введя этот белок в живые клетки культуры, команда протестировала его, измеряя изменения клеточной ориентации после воздействия стимулов.
Ключевое новшество: если раньше их наноагент требовал двух входных сигналов для одного выхода, то теперь возможны два разных выхода в зависимости от порядка поступления сигналов.
- Если сначала рапамицин, затем свет — клетка принимает один угол ориентации.
- Если стимулы поступают в обратном порядке — угол ориентации клетки будет другим.
«Теоретически, чем больше входов заложено в нановычислительный агент, тем больше потенциальных исходов может быть от разных их комбинаций, — пояснил аспирант Цзясин Чэнь. — Входными данными могут быть физические или химические стимулы, а выходами — изменения в поведении клеток».
Команда планирует развивать эту технологию. По словам Докхоляна, эта концепция может лечь в основу терапий нового поколения для лечения аутоиммунных заболеваний, вирусных инфекций, диабета, повреждений нервов и рака.