Программированные клетки

Клетки человека, по своей сути, можно сравнить с микроскопическими компьютерами. По тому же компьютерному принципу клетки принимают и отправляют информацию. Ученые всего мира давно интересуются вопросом о возможности управлять механизмом передачи и получения информации. В настоящее время уже есть активные разработки программирования клеток.

Программирование клетки

Под термином «программирование клеток» речь идет о последних достижениях ученых по созданию генетических микросхем.

Биологи «взламывают» живые клетки в поисках способов установления контроля над их жизнедеятельностью. Суть разработок по клеточному программированию в изменении позиции разработчика на земле: от природы к человеку. Редактировать жизнь возможно с помощью редактирования клеточных алгоритмов — ДНК.

В 2017 году появились первые публикации о программированных человеческих клетках. Ученым удалось перепрограммировать клетки человека на 109 разных конструкций. Эти клетки используют белок рекомбиназа для выполнения инструкций. Белок способен сплавлять, перетаскивать и отрезать сегменты ДНК. Рекомбиназа нацеливается на определенные положения нити ДНК. Ученые нашли способ активировать их деятельность. В зависимости от того, возникает ли активность рекомбиназы, клетка вырабатывает или не вырабатывает белок, закодированный в сегменте ДНК.

Например, клетка может быть запрограммирована на отказ от определенных действий при наличии определенного сигнала.

С помощью специального программирования удалось получить клетки, светящиеся по команде. Этот опыт имеет практическое значение: светящиеся клетки можно использовать для диагностики заболеваний, если при этом активировать их протеинами, непосредственно связанными с конкретными болезнями. Клетки смешиваются с кровью пациента и наблюдают за свечением. Если свечение имеет место быть, значит, человек болен конкретным заболеванием. Этот метод диагностики намного точнее современного оборудования.

Главное открытие в том, что клетки правильно принимают указания. Когда ученые заставили работать базовые генетические клетки, их внимание переключилось на другие типы клеток. Сложность в том, что у ДНК нет четких механизмов. Способ отключения белка в определенных сегментах ДНК работает далеко не всегда.

Клетки — носители информации

Последними разработками ученых является изменение технологии записи информации в ДНК. С помощью новой технологии ученым уже удается закодировать огромный объем информации в виде ДНК-олигонуклеотидов.

Главным преимуществом ДНК как носителя информации является долговечность. Любые другие информационные носители проигрывают ДНК.

На сегодняшний день синтез ДНК является очень дорогостоящим. ДНК синтезируется один раз, но ее размножение является очень доступным.

Как запрограммировать клетки

Ученые утверждают, что технология программирования позволит создать бактерии, продуцирующие вещества для подавления онкологических опухолей. В качестве инструмента программирования используется код ДНК. Новые цепи помогут придать существующим живым клеткам новые функции.

Биоинженер может создать функцию, получить последовательность ДНК, которая обеспечит реализацию заданной функции. Программирование клеток по своей технологии идентично программированию компьютера:

сначала нужно описать функцию на языке, естественном для клеток;
готовую функцию («фразу») нужно перевести в последовательность ДНК;
цепочка ДНК помещается в клетку;
программа начинает работу внутри клетки, выполняя заданные функции.

Методы программирования

На сегодняшний день разработаны три метода программирования:

Перенос ядра специализированной клетки в стволовую эмбриональную клетку.
Слияние эмбриональной и дифференцированной клеток.
Использование ретровирусных векторов с плюрипотентными генами.

Суть программирования в том, чтобы ввести в клетку зародыша генетический материал дифференцированной клетки. С этого момента полученная клетка становится плюрипотентной – направленной в своем развитии.

Как дифференцированная, измененная клетка может иметь несколько путей развития. Эту способность можно использовать для выращивания разных тканей.

Значение программирования клеток

Технология программирования разработана, прежде всего, для медицины. Основное назначение – борьба с раком. Для борьбы с этой болезнью предполагается продуцировать в раковую клетку средства, подавляющие рост клетки, что постепенно должно привести к полному уничтожению раковой опухоли.

Программирование клеток это фантастическая реальность. Трудно представить возможности и масштаб этой технологии. Пока только проводятся опыты, но есть первые положительные результаты, дающие людям главное – надежду на жизнь.