Целенаправленное изменение поведения клеток – уже лабораторная реальность

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…

Модель квантового чипа. Иллюстрации Physorg

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.