Швейцарские ученые с помощью CRISPR-технологии создали двухъядерные компьютеры внутри человеческой клетки

Система редактирования генов CRISPR в основном известна тем, что помогает ученым лечить генетические заболевания, а в прошлом году китайский ученый Хе Цзянькуи (He Jiankui) ошеломил мир своим признанием о том, что использовал CRISPR-технологию для создания генетически модифицированных детей. Однако, помимо этого, технология также имеет целый ряд возможных применений в синтетической биологии. 

Сотрудники швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) использовали CRISPR-технологию для создания функциональных биокомпьютеров внутри клеток человека. Как бы ни были мощны современные компьютеры, догнать природу им пока не удалось. В то же время живые организмы вполне можно сравнить с компьютерами: их клетки действуют как логические элементы, получая информацию из внешнего мира, обрабатывая ее и реагируя через определенные метаболические процессы.

«Само тело человека — один большой компьютер. Его метаболизм использует вычислительную мощность триллионов клеток с незапамятных времен. И, в отличие от технического суперкомпьютера, этому большому компьютеру нужен только кусок хлеба для энергии», — говорит Мартин Фуссенеггер (Martin Fussenegger), ведущий автор исследования, результаты которого опубликованы в журнале PNAS.

Использование этих естественных процессов для построения логических схем считается ключевой целью синтетической биологии. Команда ETH Zurich нашла способ внедрить двухъядерные процессоры в клетки человека, сначала модифицировав инструмент редактирования генов CRISPR. Обычно эта система использует направляющие последовательности РНК для нацеливания на определенные сегменты ДНК в геноме, а затем вносит точные изменения. Технику можно сравнить с функцией вырезания и вставки в программе обработки текста: она позволяет ученым удалять или модифицировать определенные гены. 

Для этого проекта команда создала специальную версию фермента Cas9, которая может выступать в качестве процессора. Реагируя на ввод (направляющие последовательности РНК), ему удается контролировать экспрессию необходимого гена, который, в свою очередь, производит определенный белок. Эти процессоры действуют как цифровые половинные сумматоры: по сути, они состоят из двух входов и двух выходов и способны добавлять два однозначных двоичных числа.

В итоге количество таких двухъядерных сотовых компьютеров может исчисляться миллиардами, что приведет к созданию мощных биокомпьютеров для диагностики и лечения заболеваний. Так, команда специалистов утверждает, что они могут искать определенные биомаркеры и предпринимать необходимые меры, создавая различные терапевтические молекулы, в зависимости от того, присутствуют один, другой или оба биомаркера.

«Представьте себе микроткань с миллиардами ячеек, каждая из которых оснащена собственным двухъядерным процессором. Эти «вычислительные органы» теоретически могут достигать такой вычислительной мощности, которая намного превосходит цифровые суперкомпьютеры, используя при этом лишь небольшую часть энергии», — говорит Фуссенеггер.