Точные и программируемые биологические схемы
Команда под руководством профессора ETH Яакова Бененсона разработала несколько новых компонентов для биологических схем. Эти компоненты являются ключевыми строительными блоками для создания точно функционирующих и программируемых биокомпьютеров.
Биоинженеры работают над созданием биологических компьютеров, чтобы конструировать небольшие схемы из биологического материала, которые можно интегрировать в клетки для изменения их функций. В будущем это может позволить перепрограммировать раковые клетки, предотвратив их неконтролируемое деление, или превращать стволовые клетки в дифференцированные клетки органов.
Биосенсор, который не «протекает»
Докторант ETH Никола Лапик разработал биологическую схему, которая контролирует активность отдельных сенсорных компонентов с помощью внутреннего «таймера». Схема предотвращает активность сенсора, когда он не требуется системе; при необходимости его можно активировать контрольным сигналом. Работа опубликована в журнале Nature Chemical Biology.
Сенсоры состоят из синтетических генов, которые считываются ферментами и преобразуются в РНК и белки. В управляемом биосенсоре Лапика ген, ответственный за выходной сигнал, изначально неактивен, так как установлен в ДНК схемы в неправильной ориентации. Ген активируется с помощью специального фермента — рекомбиназы, которая извлекает ген из ДНК схемы и переустанавливает его в правильной ориентации.
«Благодаря точному контролю времени в схеме входные сигналы можно передавать гораздо точнее, чем раньше», — говорит Бененсон.
Пока функция сенсора протестирована на культурах клеток человеческой почки и раковых клеток. В перспективе его планируют использовать в более сложных биокомпьютерах для обнаружения и уничтожения раковых клеток.
Разработан универсальный преобразователь сигналов
Ещё одна задача — объединение различных биологических компонентов в более сложные схемы. «В биологии существует множество различных сигналов — множество различных белков или молекул микроРНК. Чтобы комбинировать биологические компоненты в любой желаемой последовательности, между ними необходимо подключать преобразователи сигналов», — объясняет Бененсон.
Докторант Лора Прохазка разработала универсальный преобразователь сигналов. Её работа опубликована в журнале Nature Communications. Особенность нового компонента в том, что он не только преобразует один сигнал в другой, но также может использоваться для простого преобразования нескольких входных сигналов в несколько выходных.
«Возможность произвольно комбинировать биологические компоненты модульным способом, как конструктор, означает, что мы приближаемся к этапу, когда концепция программирования, известная из разработки программного обеспечения, может быть применена к биологическим компьютерам. Биоинженеры в будущем буквально смогут программировать», — говорит Бененсон.