دانشمندان سلول‌های انسان را هک کردند

العالم: سلول ها در واقع کامپیوترهای کوچکی هستند، چرا که ورودی می گیرند و خروجی تولید و ارسال می کنند. اما محاسبات سلولی بیش از یک تشبیه ساده است. در چند دهه اخیر، زیست شناسان برای هک الگوریتم سلول تلاش کرده اند تا بتوانند فرایندهای آن را کنترل کنند.این محققان مانند مهندسان نرم افزار زندگی به صورت تدریجی به ویرایش الگوریتم سلول -دی ان آ سلول- در طول یک نسل پرداختند.

در مقاله ای که اخیرا در ژورنال Nature Biotechnology به چاپ رسیده است، پژوهشگران سلول های انسانی را برنامه ریزی کردند تا ۱۰۹ مجموعه دستورالعمل منطقی مختلف را اجرا کنند. با توسعه های بیشتر، این پژوهش ها می توانند سلول ها را قادر سازند که در جهت خاصی پاسخ دهند، یا برای مبارزه با بیماری یا تولید مواد شیمیایی مهم برنامه ریزی شود.

سلول های دوباره برنامه ریزی شده با استفاده از پروتئین هایی به نام آنزیم نو ترکیبی ژنتیکی DNA اجرا، جداسازی و دوباره ترکیب می شوند و یا بخش های مختلفی از DNA را مخلوط می کنند. این پروتئین ها مکان های خاصی در رشته های دی ان آ را شناسایی و مورد هدف قرار می دهند. پژوهشگران دریافته اند که چگونه فعالیت آن ها را هدایت کنند. بسته به اینکه ترکیب دوباره راه اندازی شود، سلول ممکن است پروتئین کد شده در قسمت دی ان آ را تولید کند یا خیر. می توان سلول را برنامه ریزی کرد، به عنوان مثال، می توان با استفاده از یک گیت NOT منطقی برنامه ریزی کوچکی انجام داد. این یکی از ساده ترین مسایلی است که در برنامه نویسی می توان آن را پیاده کرد: زمانی که گزینه مورد نظر را دریافت کردی هیچ کاری انجام نده! نویسندگان این مطالعه، از این تابع برای ایجاد سلول هایی که بر روی خط فرمان و از ان با عنوان مدارهای ژنتیکی یاد کرده اند. هز زمانی که سلول حاوی پروتئین دوباره ترکیب شده خاصی باشد، نباید پروتئین فلورسنت آبی تولید کند که سلول را روشن سازد.ولی زمانی که سلول حاوی آنزیم نیست، به گونه ای برنامه ریزی شده است که روشن گردد. سلول می تواند دستورالعمل های پیچیده تری را نیز دنبال کند. یکی از اعضای تیم می گوید که می توان از این سلول های روشن برای تشخیص بیماری استفاده کرد. اگر بعد از اینکه سلول با نمونه بیمار ترکیب شد و سلول روشن گردید به این معناست که بیمار به بیماری مبتلا است. این روش خیلی ارزان تر از روش های رایج است که به تجزیه و تحلیل نمونه خون بیمار نیاز دارد. نکته جالب اینجاست که سلول ها به درستی درک می کنند و در جهت مناسب حرکت می کنند. شرکت های دارویی، سلول های ایمنی را آموزش می دهند تا در تکنولوژی های دیگر از آن ها استفاده کنند. سلول های سرطانی اثر انگشت بیولوژیکی دارند که یک نوع خاصی از پروتئین است. اگر گیت های منطقی را در سلول های ایمنی قرار دهید، ممکن است بتوان این سلول های ایمنی را برنامه ریزی کرد تا سلول های سرطانی را نابود کنند. سلول هایی که قابلیت برنامه ریزی دارند کاربردهای دیگری نیز دارند.

یک شرکت بوستونی قصد دارد با استفاده از این فناوری به تولید رایحه بپردازد و آن ها را به شرکت های تولید کننده عطر بفروشد. سلول ها تمایل دارند جهش یابند و تقسیم می شوند تا جایی که متوقف شوند. می توان سلول ها را به گونه ای برنامه ریزی کرد که زمانی که کار خود را به درستی انجام دادند متوقف شوند، درست زمانی که ادکلن های درجه بالا تولید شد. ولی این کار، به همین سادگی ها هم نیست. سلول ها خیلی پیچیده هستند و مانند مدارهای الکترونیکی دی ان آ سوئیچ روشن و خاموش ندارد. در این پژوهش، تیم برای خاموش کردن تولید یک پروتئین خاص، بخشی از دی ان آ که دستورالعمل ها را کدگذاری کرده است را تغییر دادند، ولی این روش همیشه کار نمی کند، چرا که ممکن است طبیعت برخی از دستورالعمل ها را در دو نسخه کدگذاری کرده باشد. به زبان ساده نمی توان سه میلیارد سال تکامل را اشکال زدایی کرد.