CRISPR используется для создания двухъядерных компьютеров внутри клеток человека

Система редактирования генов CRISPR обычно известна тем, что помогает ученым лечить генетические заболевания, но эта технология также имеет целый ряд возможных применений в синтетической биологии. Теперь исследователи из института ETH Zurich использовали CRISPR для создания функциональных биокомпьютеров внутри клеток человека.

Как бы ни были мощны современные компьютеры, они проигрывают природе. О живых организмах уже можно думать как о компьютерах — их клетки действуют как логические элементы, получая информацию из внешнего мира, обрабатывая ее и реагируя определенными метаболическими процессами.

«Само тело человека — это большой компьютер», — говорит Мартин Фуссенеггер, ведущий автор исследования. «Его метаболизм использует вычислительную мощность триллионов клеток с незапамятных времен. И в отличие от технического суперкомпьютера, этому большому компьютеру нужен только кусок хлеба для получения энергии».

Использование этих естественных процессов для построения логических схем является ключевой целью синтетической биологии. В этом случае команда ученых 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 в него. Для этого проекта команда ученых создала специальную версию фермента Cas9, которая может выступать в качестве процессора.

Такой специальный Cas9 читает руководство РНК как входные данные, и в ответ выражает определенные гены. Это, в свою очередь, создает определенные белки в качестве выхода. Эти процессоры действуют как цифровые половинные сумматоры — по сути, они могут сравнивать два входа или добавлять два двоичных числа и выдавать два выхода. Чтобы повысить вычислительную мощность, исследователям удалось втиснуть два ядра процессора в одну клетку.

В конечном счете, эти двухъядерные компьютеры могут быть собраны миллиардами для создания мощных биокомпьютеров для диагностики и лечения заболеваний. Например, исследователи говорят, что они могут искать биомаркеры и реагировать, создавая различные терапевтические молекулы, в зависимости от того, присутствуют один, другой или оба биомаркера.

«Представьте себе микроткань с миллиардами клеток, каждая из которых оснащена собственным двухъядерным процессором», — говорит Фуссенеггер. «Такие «вычислительные органы» теоретически могут достигнуть вычислительной мощности, которая намного превосходит мощность цифрового суперкомпьютера — и использует лишь небольшую часть энергии».

Исследование было опубликовано в журнале PNAS.