Биороботы и биокомпьютеры. Главные новости науки сегодняшнего дня
Живые клетки учатся считать, как компьютеры, а роботы — размножаться, как живые клетки
Весной мы писали о работе ученых Университета Тафтса и Университета Вермонта: они вырастили ксеноботов — биороботов, — из стволовых эмбриональных клеток лягушки Xenopus laevis (отсюда и название). Стволовые клетки делятся в чашке Петри и собираются в миллиметровые сферические структуры. Потом клетки начинают дифференцироваться, и у них появляются реснички. Ритмичное движение ресничек позволяет этим сферическим ксеноботам плавать.
Теперь создатели ксеноботов сделали следующий шаг. Они научили ксеноботов размножаться. В чашку Петри поместили тысячи стволовых клеток и несколько ксеноботов: своим движением ксеноботы стали собирать клетки в комки. На пятый день родились «дети»: у комков клеток появились реснички, они развились в ксеноботов и тоже начали двигаться. Если «детей» перенести в другую чашку со стволовыми клетками — через пять дней появятся «внуки». Как заметил один из авторов работы: «Они размножаются совсем не так, как это делают лягушки. Ни одно животное или растение, известное науке, не воспроизводится таким образом». То есть ксеноботы размножаются не как живые организмы, а скорее как биомолекулы. Оптимальной формой для успешного размножения оказалась не сферическая: цепочки потомков оказались длиннее у ксеноботов с разрезом на боку, — похожих на компьютерную игру Pac-Man.
Ученые Университета Пенсильвании построили белковый логический элемент. Они взяли белок (киназу фокальных контактов) и присоединили к нему два «входа»: один реагирует на иммунодепрессант рапамицин, другой — на синий свет (488 нм). Если подавать на вход только рапамицин или только синий свет — белок не реагирует на возбуждение, а вот если подать одновременно рапамицин и синий свет, — белок активируется и его трехмерная структура меняется. Получился логический элемент «ИЛИ». Ученые назвали устройство «нанокомпьютерным агентом». Они пишут: «Нанокомпьютерные агенты представляют собой автономные однобелковые устройства. Они имеют потенциал для использования в различных биомедицинских и биотехнологических приложениях, таких как диагностика заболеваний и доставка лекарств, контроль метаболического потока и изменение передачи клеточных сигналов. Мы ожидаем, что в ближайшем будущем нанокомпьютерные агенты будут работать in vivo в живых организмах». В общем, мы приблизились к тому, чтобы встроить в клетку бионанокомпьютер.
Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Франциско впервые успешно изменили микробиом кишечника живых мышей, убрав из него точно один штамм кишечной палочки E. Coli. Бактерий в микробиоме очень много (триллионы). Чтобы атаковать один штамм, — надо его найти. Но еще труднее не повредить другие бактерии, которые жизненно необходимы. Ученые взяли вирус-бактериофаг и его отредактировали таким образом, чтобы он атаковал в точности тот штамм, который они хотели удалить из микробиома. Вирус доставляет инструмент ДНК-редактирования CRISPR/Cas9 целевым бактериям и «ломает» их ДНК. Инструмент работает как внутриклеточный биоробот. Ученые вводили бактериофаг перорально и отслеживали изменения микробиома по фекалиям животных. До начала лечения целевой штамм преобладал в их кишечнике, но через две недели его осталось не более 1% от общего числа. Исследователи считают, что этот метод в конечном итоге может быть использован для изменения состава микробиома, чтобы помочь исправить дисбаланс, если он вызвает проблемы со здоровьем.