Ученые Университета штата Пенсильвания в США разработали первый нанокомпьютерный агент на основе белка, который может стать фундаментом для клеточной терапии следующего поколения. Результаты исследования были опубликованы в журнале Science Advances. Известно, что системы белков, находящихся внутри клетки, выполняют сложные вычислительные операции для обработки сигналов, поступающих из внешней среды. В рамках синтетической биологии был предложен подход, который предусматривает использование белковых логических вентилей - молекулярных схем, способных производить логические операции, для изменения поведения клетки. Нанокомпьютерный агент - это один белок, который может быстро реагировать на стимулы и генерировать выходные данные.

Исследователи создали нанокомпьютерный агент, интегрировав два сенсорных домена - области белков, которые реагируют на определенные раздражители - в человеческий фермент киназу Src. Один из них, uniRapR, реагирует на рапамицин, а другой, LOV2, реагирует 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 смогли уменьшить миграцию клеток и изменить их ориентацию, заставив их выравниваться вдоль коллагеновых нановолокон внутри клеточной культуры. Кроме того, если сначала рапамицин был обнаружен, то клетка принимала одну ориентацию, но если стимулы получены в обратном порядке, то ориентация была иной. Таким образом, нанокомпьютерный агент представляет собой некоммутативную логическую схему.

Результаты исследования указывают на потенциал создания белковых агентов, которые могут воспринимать множество входных сигналов. Входы могут включать физические или химические стимулы, а выходы могут проявляться в изменении поведения клеток, таких как ориентация, миграция, изменение экспрессии генов и цитотоксичность иммунных клеток против раковых клеток. Эти новые достижения открывают возможности для развития компьютерных агентов на основе белков, которые могут применяться в медицине и клеточной терапии.