Jihokorejští vědci vyvinuli RNA obvod schopný řídit chování buněk

Vědci z jihokorejské univerzity POSTECH, tedy Pohangské univerzity vědy a technologie, dosáhli průlomu v oblasti syntetické biologie. Jejich výzkumný tým vyvinul platformu označovanou jako RNA-based smart gene circuit, tedy chytrý genový obvod založený na RNA, který představuje zásadní posun v tom, jak lze programovat chování živých buněk.

Dosud bylo jedním z hlavních omezení syntetické biologie to, že buněčné systémy dokázaly reagovat zpravidla jen na jeden signál najednou, podobně jako jednoduchý vypínač světla. Nová platforma tento přístup zásadně mění. Vyvinutý obvod je schopen současně číst více různých signálů přítomných uvnitř buňky, na základě těchto informací se autonomně rozhodovat a generovat předem naprogramované odpovědi. Jde tedy o kvalitativní skok od jednoduchého spínání k něčemu, co se svou logikou blíží skutečnému výpočetnímu procesu.

Klíčovou roli v celém systému hraje přeprogramování molekulárního stroje, který buňky běžně využívají k výrobě proteinů. Tento aparát, jenž se za normálních okolností stará o překlad genetické informace z RNA do podoby bílkovin, nyní vědci přiměli plnit zcela jinou funkci. Místo pouhé stavby proteinů funguje jako sofistikovaný „spínač, který vyhodnocuje vstupní informace a na jejich základě rozhoduje o dalším průběhu buněčných dějů. Tato změna role jednoho z nejzákladnějších buněčných mechanismů je z vědeckého hlediska mimořádně pozoruhodná.

Celý koncept vychází z myšlenky, že buňky by v budoucnu mohly fungovat jako takzvané živé počítače. Zatímco klasické počítače zpracovávají informace prostřednictvím křemíkových čipů a elektrických signálů, živé počítače by totéž dělaly pomocí biologických molekul uvnitř skutečných buněk. Výsledky týmu z POSTECHu jsou přitom považovány za jeden z konkrétních kroků tímto směrem, nikoli pouze za teoretický koncept.

Praktické dopady takového vývoje by mohly být dalekosáhlé, a to zejména v oblasti medicíny. Buňky vybavené podobnými obvody by teoreticky mohly detekovat přítomnost nádorových markerů, virových nukleových kyselin nebo jiných patologických signálů přímo uvnitř organismu a autonomně na ně reagovat, například spuštěním terapeutické odpovědi. To by znamenalo posun od pasivních léčiv k aktivním biologickým systémům schopným vlastního úsudku na molekulární úrovni.

Výzkum v oblasti RNA obvodů má oproti přístupům pracujícím přímo s DNA jednu praktickou výhodu: RNA je přechodná a relativně snadno kontrolovatelná molekula, která nepozměňuje trvalou genetickou informaci buňky. To z ní činí potenciálně bezpečnější nástroj pro terapeutické aplikace, kde je žádoucí, aby byl zásah do buněčného chování dočasný a přesně cílený.

Tým z POSTECHu svým výzkumem navazuje na širší globální úsilí o vytvoření spolehlivých nástrojů syntetické biologie. Obor se v posledních letech rozvíjí velmi rychle, přičemž konkurence mezi výzkumnými pracovišti v Asii, Severní Americe i Evropě je značná. Jihokorejská pracoviště přitom v posledních letech výrazně posilují svou pozici v biotechnologickém výzkumu a výsledky z POSTECHu tento trend potvrzují.

Samotný pojem „genový obvod přitom není novinkou. Vědci se snaží sestavovat biologické e