Превращение клеток в компьютеры с помощью белковых логических вентилей


Те же самые базовые инструменты, которые позволяют компьютерам функционировать, теперь используются для управления жизнью на молекулярном уровне. Достижения имеют значение для будущих лекарств и синтетической биологии.

От 2 апреля в журнале Science команда сотрудников Медицинской школы Вашингтонского университета создала искусственные белки, которые функционируют как ворота молекулярной логики. Эти инструменты, как и их электронные аналоги, могут использоваться для программирования поведения более сложных систем.

Команда показала, что новые дизайнерские белки могут регулировать экспрессию генов внутри Т-клеток человека. Эта разработка может повысить безопасность и долговечность будущих методов лечения на основе клеток.

«Биоинженеры и раньше создавали логические ворота из ДНК, РНК и модифицированных природных белков, но они далеки от идеала. Наши логические ворота, построенные из белков, разработанных de novo, более модульны и универсальны, и их можно использовать в широком диапазоне. биомедицинских приложений “, – сказал старший автор Дэвид Бейкер, профессор биохимии Медицинской школы Университета штата Вашингтон и директор Института дизайна белков.

Будь то электронные или биологические, логические ворота распознают сигналы и реагируют на них заданным образом. Один из самых простых – вентиль AND; он производит вывод только при наличии одного входа И другого.

Например, при вводе текста на клавиатуре нажатие клавиши Shift И клавиши A дает заглавную букву A. Логические элементы, сделанные из биологических частей, призваны обеспечить такой уровень контроля в биоинженерных системах.

Когда правильные ворота работают внутри живых клеток, такие входные данные, как присутствие двух разных молекул – или одной, а не другой, – могут заставить клетку производить определенные выходные данные, такие как активация или подавление гена.

/ p>

«Весь управляющий компьютер Apollo 11 был построен из электронных ворот NOR», – сказал ведущий автор Цзыбо Чен, недавний аспирант UW. «Нам удалось создать вентили ЯОР на основе белков. Они не так сложны, как управляющие компьютеры НАСА, но, тем не менее, являются ключевым шагом на пути к программированию сложных биологических схем с нуля».

Привлечение собственных иммунных клеток пациента к борьбе с раком помогает при определенных формах заболевания. Тем не менее, воздействие на солидные опухоли с помощью так называемого подхода CAR-T-клеточной терапии оказалось сложной задачей.

Ученые считают, что отчасти причина связана с истощением Т-лимфоцитов. Генетически измененные Т-клетки могут бороться лишь до тех пор, пока не перестанут работать. Есть способ обойти это. Команда из UW Medicine надеется продлить активность CAR Т-клеток с помощью белковых логических ворот, которые реагируют на сигналы истощения.

«Более долгоживущие Т-клетки, которые лучше запрограммированы для каждого пациента, означают более эффективную персонализированную медицину», – сказал Чен.

Этой работой руководили исследователи из Медицинского института дизайна белков Университета штата Вашингтон. В исследовательскую группу также входили биохимики из Северо-Западного университета, Университета штата Огайо, Института биомедицинских наук Альтиуса и Калифорнийского университета в Сан-Франциско.


Добавить комментарий