Cello — язык программирования живой клетки

Технология программного кода «Cello», разработанная совместной группой ученых Массачусетского технологического института (MIT), Бостонского университета и Национального института стандартов и технологий позволяет прописывать в ДНК клеток бактерий требуемый набор свойств и создавать биологические схемы с нужными логическими параметрами, работающие прямо внутри живой клетки.

В основе концепции «Cello» лежит гениально простая идея о том, что процессы, происходящие в биологических клетках организмов поддаются программированию посредством методов, аналогичных вычислительным алгоритмам знакомых нам компьютерных систем. Использовав такую предпосылку ученые смогли создать новый язык программирования для логических элементов на основе нуклеиновых кислот.

Эксперименты, уже проведенные группой исследователей подтвердили жизнеспособность теоретической концепции «Cello» на практике. Масштаб предложенных идей и первых полученных результатов выглядят очень впечатляюще. В ходе экспериментов были созданы работающие биологические схемы, состоящие из последовательностей до 12 000 ДНК-оснований в основу которых легли семь базовых логических элементов. Используя их алгоритмы ученые собрали порядка 60 таких биологических схем, 45 из которых многократно отработали свои задачи в соответствии с программным предписанием. Проработка результатов первой серии тестов и устранение выявленных багов позволили в итоге довести процент корректно работающих схем до 95%.

“Работая с бактериями, вы используете текстовый язык программирования точно так же, как программируете компьютер или микроконтроллер, но переводя текстовую информацию на язык нуклеиновых кислот – пояснил Кристофер Войт (Christopher Voigt), профессор Массачусетского технологического института. – Текст исходной программы превращается в последовательность ДНК, которая синтезируется любым из хорошо известных и доступных методов и помещается внутрь живой клетки”. Можно сказать, что модифицированные при помощи языка «Cello» бактерии в буквальном смысле превращаются в сложные системы, содержащие в составе “комплектации” датчики температуры, уровня освещенности, кислотности, уровня содержания кислорода и прочих параметров среды, окружающей бактерию, которые можно задавать искусственно по своему усмотрению.

Опираясь на результаты проделанных опытов, ученые уже могут отдаленно представить себе, насколько грандиозен потенциал программного кода «Cello» и какого уровня проблемы он поможет решать в глобальном плане.

Одно из намеченных направлений – создание сложных биологических систем – “станций” внутри клетки, позволяющих ей самостоятельно находить, идентифицировать и нейтрализовывать очаги заболеваний путем вырабатывания необходимого в текущий момент лекарственного препарата. И одной из первых проблем, успешно решенных на этом пути может стать проблема рака: запрограммированные специальным образом бактериальные клетки при встрече с патологическими раковыми смогут продуцировать необходимое количество нужного лекарства для локального дозированного воздействия.

Перспективы применения технологии «Cello» не ограничиваются только лишь медицинским направлением. Одно из множества возможных альтернативных путей использования – сельское хозяйство. В частности допускается обработка насаждений различных с/х культур бактериями, запрограммированными на выработку инсектицидов – составов, уничтожающих вредоносных насекомых при их обнаружении.

Еще один из вариантов применения технологии — создание особых дрожжевых клеток, которые будут способны остановить собственный процесс ферментации в случае формирования слишком большого количества токсичных побочных продуктов.

Развивая идею Войт предсказывает, что новый язык «Cello» имеет все шансы стать стандартом в области разработки инновационных биологических схем. И, что важно, алгоритмы «Cello» позволят создавать самые разные биологические схемы и после проверять их эффективность очень быстро и точно. Как утверждают в лаборатории профессора Кристофера Войта все подробности открытия будут предоставлены и доступны для широкого ознакомления и использования безвозмездно. Столь щедрый дар профессора Войта человечеству, безусловно, вдохновляет на благо и, вместе с тем, несколько настораживает, поскольку открывает свободный доступ к нашей биологической кладовой, а где, когда, кем и на каком уровне окажутся востребованы эти знания предсказать не сможет ни сам профессор, ни кто иной.