Sićušna računaljka u ćeliji

U Kalifornijskom institutu za tehnologiju su načinili majušnu molekulsku spravu koja je u stanju da samu sebe sastavi od sićušnih komadića RNK (ribonukleinska kiselina) u živim ćelijama. I ne samo to: ovakve žive skalamerijice moguće je naučiti (programirati) da obavljaju izvesne biološke radnje, izvršavajući različite zadatke u raznim okolnostima, a jedan od tih je isporuka „pametnih lekarija” do najnedostižnijih područja u ljudskom organizmu.

RNK je biološki molekul sličan DNK i služi za tajno upisivanje (šifrovanje) naslednih poruka, kao što je upustvo za izradu svakojakih proteina, koje se prenose s pokolenja na pokolenje.

Posle DNK na red je došla još jedna veoma važna aminokiselina kao podloga za samosklapanje sićušnih programabilnih mašina u ćelijama. Novoosmišljeni bioračunar omogućio je naučnicima da nateraju molekule (programiraju) da izvršavaju zadatke u živim ćelijama. Jednog dana koristiće se za neposredno baratanje u ljudskom telu, svejedno u koje svrhe.

Raspoznaje lekove

Najnoviji malecni biokompjuter ima tri glavna sastojka: senzor, aktuator i transmiter, a svi su skrojeni od ribonukleinske kiseline. Ulazni javljači (senzori) su sačinjeni od aptamera, molekula RNK koji se pomalo ponašaju kao antitela, vezujući se čvrsto za odabranu metu. Slično tome, izlazni izvršioci ili aktuatori su satkani od ribozoma, složenih molekula RNK koji se odlikuju katalitičkim (podstrekavaju hemijske rekacije) svojstvima kao enzimi. I tom dvojcu se dodaje još jedan član, takođe RNK molekul, koji služi kao prenosilac (transmiter): oživi kada senzorski molekul prepozna ulaznu hemikaliju i okida pokretački (aktuator) molekul.

Šta je uradilo dvoje istraživača iz Kalifornijskog instituta za tehnologiju?

Kristina Smolke i Maung Nian Vin su svoje RNK računarčiće obučili da raspoznaju lekove „tetracilin” i „teofilin” u ćelijama kvasca, stvarajući fluorescentni (svetlucajući) protein na izlasku. Kada se RNK sastojci objedine na određene načine, ponašaju se poput raznovrsnih logičkih kapija – logičkih kola ma kojeg kompjutera. Primerice, AND kapija proizvodi odgovor (izlaz) jedino ako je na ulazu uočeno prisustvo oba medikamenta, a NOR kapija nastaje kao odziv samo kada nijedan nije primećen.

Kao što je znano, proteini imaju mnoštvo uloga: hemoglobin, na primer, isporučuje kiseonik iz pluća celom organizmu.

U ogledima je to potvrđeno jer su molekuli – prema rečima Kristine Smolke – korišćeni samo u svojstvu „uključi i igraj”, iako je moguće da se isposlujuju svakojaka drugačija ustrojstva. Raznorazni aptameri su u stanju da razlikuju hiljade različitih metaboličkih ili proteinskih ulaza.

Sićušna skalamerija je nastala šifrovanjem odsečka RNK u DNK (dezoksiribonukleinska kiselina) posle čega je potonja ubačena u ćeliju. Drugim rečima, sama ćelija je izgradila sklop zato što je RNK veoma pogodna za programiranje.

Molekuli izračunavaju

U inženjerskom smislu, ulaz predstavljaju molekuli koja plivaju u samoj ćeliji, a izlaz se ispoljava u vidu promena u lučenju proteina. RNK kompjuter je, za sada, u stanju da se veže za dva različita molekula; ukoliko mu se oba prikače, primoraće ga da promeni vlastito ustrojstvo.

U tako izmenjenom obliku podesna je za spajanje sa DNK, u kojoj neposredno deluje na ispoljavanje (ekspresija) gena i ubrzavanje ili usporavanje stvaranja poželjnih proteina koji, pak, na mnogo načina utiču na ćelije: recimo, usmrćuju ih, ako su kancerogene. U svakom slučaju, može da se nadogradi, da se novi sastojci pomešaju i povežu s prethodnima.

Još 1994. Lionard Adleman, profesor na Univerzitetu Južna Kalifornija (SAD) naterao je biomolekule naterao da obavljaju izračunavanja, docnije je taj pristup unapredio Ehud Šapiro iz Vajcmanovog naučnog instituta u Rehovotu (Izrael). „Sada je prvi put prikazana sposobnost otkrivanja prisustva ili odsustva molekula u samim ćelijama”, objašnjava Ehud Šapiro. „A to znači da ih možete programirati da ispuštaju lek tačno u zadato vreme i na zadatom mestu”.

Potkrepimo to primerom: Moguće je uspostaviti isporuku lekovite tvari do ćelija zahvaćenih rakom posredstvom osetljivih gena koji usmeravaju razviće ili uginuće.

Većina naučnika veruje da biološki kompjuteri neće nadmašiti, čak ni dostići snagu i učinak elektronskih parnjaka; neće, dakle, brže pokretati operativni sistem Windows ili pogoniti najnovije izdanje konzole za igrice Wii. Ali će, nema sumnje, ispoljiti nenadmašno preimućstvo neposrednim uplivom na ćelijska zbivanja, za šta prethodni ni u kojem slučaju nisu osposobljeni.

Govoreći istim jezikom, proveravaće svaku živu ćeliju da li je u dobrom ili lošem stanju!

Sledeći korak u izučavanju biće da se proveri delotvornost na životinjama.