Биология

Из клеток сделали «компьютеры» с логическими элементами

MolGraphics/UW Medicine Institute for Protein Design

Команда исследователей из США создала искусственные белки, которые функционируют как молекулярные логические элементы. Эти инструменты, как и их электронные аналоги, могут быть использованы для программирования поведения более сложных систем. О результатах своей работы авторы рассказали в журнале Science.

«Биоинженеры и раньше создавали логические элементы из ДНК, РНК и модифицированных природных белков, но они до сих пор далеки от идеала. Наши логические элементы, построенные из de novo разработанных белков, являются более модульными и универсальными и могут использоваться в широком спектре биомедицинских применений», — объясняет ведущий автор исследования Дэвид Бейкер, профессор биохимии в Вашингтонском университете.

Будь то электронные или биологические, логические элементы воспринимают и реагируют на сигналы заранее определенным образом. Одним из самых простых является элемент «И» — он создает выходной сигнал «1» только тогда, когда на вход из двух источников поступают два таких сигнала. При наличии правильных «ворот» внутри живых клеток входные сигналы, такие как присутствие двух различных молекул (или одной, но тогда сигналом «0» будет служить ее отсутствие), могут заставить клетку создавать выходной сигнал, такой как активация или подавление гена.

В новом исследовании биологи впервые представили созданные на клеточной основе логические элементы NOR, совмещающие «ИЛИ» и «НЕ», NAND, содержащие «И» и «НЕ» и XOR, который принимает значение «1», только если всего один из аргументов имеет такое же значение. Такие элементы были построены из небольших протеинов, которые похожи друг на друга, но одни из них могут изменяться, чтобы селективно взаимодействовать с другими. В качестве входных сигналов ученые использовали мономеры в виде индивидуальных молекул и в ковалентной связке друг с другом. Специфичность их связывания друг с другом с помощью сети водородных связей позволила исследователям создать логические элементы с двумя и тремя входами.

Новую технологию ученые планируют применять, в частности, для продления срока жизни CAR-T-клеток, используемых для иммунотерапии рака. Сегодня использование этого вида лечения против серьезных опухолей затруднено, так как с течением времени искусственные иммунные клетки имеют свойство «истощать» свой потенциал. Авторы новой работы надеются, что их подход поможет увеличить время функционирования этих биологических объектов.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.