0
8273
Газета Наука Печатная версия

08.02.2022 18:22:00

Целенаправленное изменение поведения клеток – уже лабораторная реальность

Протеиновая логика микрочипов

Тэги: биология, физика


биология, физика Работа живого компьютера: I – вход, Rap – рапамицин, LOV – напряжение, генерируемое светом и кислородом, Р – протеиновая сеть клетки, О – выход с состоянием вкл/выкл (On/Off); справа вверху – до активации белков (Off), внизу – после (On).

Слово «затвор» трактуется как подвижный запор (например, гидротехнического сооружения), регулирующий расход воды. Нечто подобное, но применительно к электрическому току Дж. Бардин воспроизвел в 1948 году с помощью кремниевого полупроводника, получив первый транзистор (от англ. TRANSfer и resISTOR). Через восемь лет Бардин был удостоен Нобелевской премии за свое изобретение. Три электрода тразистора – эмиттер-источник, коллектор-сток и база-затвор – воспроизводят знакомую гидротехническую схему: затвор регулирует сброс потока воды ниже по течению (при обильных дождях он открывается чаще, при засухе – гораздо реже). Транзистор таким образом пребывает в состояниях 0 или 1 (вкл/выкл)…

Небольшое отступление в геномику. Жители затерянного в просторах Тихого океана острова прибыли на него, по мысли Тура Хейердала, из Южной Америки. Геномщики же утверждают, что с запада, то есть через Поли- и Меланезию. Вполне возможно, что волн мигрантов было как минимум две. Но суть не в этом, а в том, что называется далекий остров с гигантскими каменными идолами – Рапануи. И только специалистам известно, что в его почве имеется грибок, синтезирующий антибиотик рапамицин, который блокирует большой протеиновый комплекс ТАР (TArget of Rapamycin). При мутациях ТАР клетки начинают активно делиться, поэтому антибиотик используют и в качестве подавителя деления.

К этому можно добавить сообщение, пришедшее из Университета науки и технологии в китайском г. Хефей, сотрудники которого создали процессор на основе 144 оптических транзисторов, или «оптосисторов». Не будем забывать о фоторецепторах, или палочках и колбочках сетчатки глаза, генерирующих электрические импульсы в ответ на «падение» фотона – кванта света – на молекулу родопсина. Энергия фотона вызывает изменение конформации (пространственной формы) последнего, что приводит к запуску ферментного каскада в цитоплазме клетки…

2-12-1480.jpg
Модель квантового чипа.
Иллюстрации Physorg
Оптическое воздействие на протеины клетки наряду с рапамицином использовали в Пенсильванском университете, получив тем самым логические ворота (logic gate). Этот принцип лежит сегодня в основе работы электронных чипов. Рапамицимн обеспечивал один канал входа (input), а оптическое лазерное воздействие (точнее, оптогенетическое) второй. Тем самым был создан нанопрограммный язык, благодаря которому в клетке действуют молекулярные «операнды» с различными конформациями. Эти молекулярные «устройства» функционируют подобно электронным логическим воротам. Открытие и закрытие молекулярных «операндов» дает четко предсказанное поведение клетки на основе химико-оптической регуляции фермента под названием киназа фокусной адгезии (FAK – Focal Adhesion Kinase).

Киназы переносят энергоемкие фосфатные группы на протеины, тем самым регулируя их активность. Рапамицин индуцирует действие киназы, в то время как лазер действует на «чувствующий», воспринимающий свет участок фермента LOV (Light Oxygen Voltage). И это ведет к изменению поведения клетки вследствие изменения формы ее нитчатых выростов.

Для чего создавался протеиновый «чип»? Дело в том, что изменение клеточного поведения по желанию ученых само по себе большое достижение. Со временем можно ожидать создания управляемых и адресных терапий с помощью белково-«компьютеризованных» клеток. Не будем забывать, что иммунные реакции проявляют себя на уровне клеточных взаимодействий. Те же натуральные киллеры и цитотоксические лимфоциты (NK, CTL) действуют контактно, а не на расстоянии, как мы это видим в случае антител. NK и CTL должны не просто циркулировать в крови и лимфе, а нацеленно атаковать клетки, инфицированные вирусами, а также опухолевых разрастаний и при этом управляться, например, лучом инфракрасного лазера. 


Оставлять комментарии могут только авторизованные пользователи.

Вам необходимо Войти или Зарегистрироваться

комментарии(0)


Вы можете оставить комментарии.


Комментарии отключены - материал старше 3 дней

Читайте также


О жизни в безжизненном мире

О жизни в безжизненном мире

Владимир Кутырев

Путь вы(в, за, ис, от, пере, при, про, у)хода во Вселенную

0
4471
На дне океана обитают существа, которые останутся, даже если на поверхности планеты жизнь исчезнет

На дне океана обитают существа, которые останутся, даже если на поверхности планеты жизнь исчезнет

Иван Сапрыкин

Океанология – технологичная наука

0
1745
От боли до стресса – несколько молекул

От боли до стресса – несколько молекул

Игорь Лалаянц

Причина неэффективности лекарств при нейровоспалении стала более понятна

0
1573
Взгляд на мир глазами котов и мышей

Взгляд на мир глазами котов и мышей

Игорь Лалаянц

Биологи проследили приключения фотона, попавшего на сетчатку глаза

0
1556

Другие новости