Ученые Университета штата Пенсильвания в США создали первый нанокомпьютерный агент на основе белка, который может стать основой для клеточной терапии следующего поколения. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.
Известно, что системы из белков, находящихся внутри клетки, производят сложные вычислительные операции, чтобы обработать поступающие из внешней среды сигналы. Чтобы изменить поведение клетки, в рамках синтетической биологии был предложен подход, который предусматривает внедрение в клетку белковых логических вентилей — молекулярных схем, производящих логические операции. Один единственный белок, который способен как быстро реагировать на стимулы, так и генерировать выходные данные, называется нанокомпьютерным агентом.
Исследователи сконструировали нанокомпьютерный агент, интегрировав два сенсорных домена — области белков, которые реагирует на определенные раздражители, — в человеческий фермент киназу Src. Один из них — uniRapR — реагирует на рапамицин, а другой — LOV2 — на синий свет. Полученное белковое устройство функционирует как комбинаторная логическая схема: рапамицин способствует перемещению белка к фокальным контактам, а синий цвет оказывает обратный эффект.
Фокальные контакты представляют собой скопление интегриновых рецепторов на клеточной мембране, которые связывают клетку с внеклеточными тканевыми структурами. Активируя Src с помощью рапамицина, ученые уменьшали миграцию клеток и изменяли их ориентацию, заставляя выравниваться вдоль коллагеновых нановолокон внутри клеточной культуры. При этом, если сначала обнаруживается рапамицин, то клетка принимает одну ориентацию, но если стимулы получены в обратном порядке, то ориентация будет другой. Таким образом, нанокомпьютерный агент является некоммутативной логической схемой.
Результаты указывают на возможность создания белковых агентов, который воспринимают большое количество входных сигналов. Потенциальные входы могут включать физические или химические стимулы, а выходы могут выражаться в изменении в клеточном поведении, такие как ориентация клеток, миграция, изменение экспрессии генов и цитотоксичность иммунных клеток против раковых клеток.
