Celler programmeret som computere til at bekæmpe sygdom

Celler kan programmeres som en computer til at bekæmpe kræft, influenza, og andre alvorlige tilstande – takket være et gennembrud inden for syntetisk biologi ved University of Warwick.

Ledet af professor Alfonso Jaramillo fra School of Life Sciences, ny forskning har opdaget, at et almindeligt molekyle - ribonukleinsyre (RNA), som produceres rigeligt af mennesker, planter og dyr – kan gensplejses for at tillade videnskabsmænd at programmere en celles handlinger.

Ud over at bekæmpe sygdomme og skader hos mennesker, videnskabsmænd kunne udnytte denne teknik til at kontrollere planteceller og vende miljø- og landbrugsproblemer, gør planterne mere modstandsdygtige over for sygdomme og skadedyr.

RNA'er bærer information mellem protein og DNA i celler, og professor Jaramillo har bevist, at disse molekyler kan produceres og organiseres i skræddersyede sekvenser af kommandoer - svarende til koder for computersoftware - som fører specifikke instruktioner ind i cellerne, programmere dem til at gøre, hvad vi vil.

Meget ligesom et klassisk Turing-computersystem, celler har kapacitet til at behandle og reagere på instruktioner og koder indlæst i deres hovedsystem, argumenterer professor Jaramillo.

Svarende til software, der kører på en computer, eller apps på en mobilenhed, mange forskellige RNA-sekvenser kunne skabes for at styrke celler med en 'virtuel maskine', i stand til at fortolke et universelt RNA-sprog, og at udføre specifikke handlinger for at løse forskellige sygdomme eller problemer.

Dette vil muliggøre en ny type personlig og effektiv sundhedspleje, giver os mulighed for at 'downloade' en sekvens af handlinger til celler, instruere dem om at udføre komplekse beslutninger kodet i RNA'et.

Forskerne lavede deres opfindelse ved først at modellere alle mulige RNA-sekvensinteraktioner på en computer, og derefter konstruere DNA'et, der koder for de optimale RNA-designs, skal valideres på bakterieceller i laboratoriet.

Efter at have induceret bakteriecellerne til at producere de genetisk manipulerede RNA-sekvenser, forskerne observerede, at de havde ændret cellernes genekspression i henhold til RNA-programmet - hvilket viser, at celler kan programmeres med foruddefinerede RNA-kommandoer, på samme måde som en computers mikroprocessor.

Professor Alfonso Jaramillo, som er en del af Warwick Integrative Synthetic Biology Centre, kommenterede:

"RNA-molekylers evner til at interagere på en forudsigelig måde, og med alternative konformationer, har givet os mulighed for at konstruere netværk af molekylære switches, der kunne laves til at behandle vilkårlige ordrer kodet i RNA.

"Gennem det sidste år, min gruppe har udviklet metoder til at muliggøre RNA-sansning af miljøet, udføre aritmetiske beregninger og kontrollere genekspression uden at stole på proteiner, hvilket gør systemet universelt på tværs af alle levende riger.

"Cellerne kunne læse RNA's 'software' for at udføre de kodede opgaver, som kunne få cellerne til at opdage unormale tilstande, infektioner, eller udløse udviklingsprogrammer."