Американские ученые из Национального института стандартов и технологий США предложили использовать молекулярные вычислительные машины на основе РНК, а не ДНК. Такая технология поможет в диагностике и лечении различных заболеваний. Статья о работе опубликована в журнале Science Advances.
Биологические компьютеры, как и другие, более распространенные электронные девайсы, могут выполнять множество задач. Обычно такие молекулярные машины делают на основе ДНК. Код в этих компьютерах задается не нулями и единицами, а четырьмя нуклеотидами. Ученые могут использовать особые цепочки ДНК для того, чтобы они связывались с определенными участками ДНК, РНК или белков, связанных с болезнями. Затем ДНК может инициировать химическую реакцию и дать выходные данные. Это может быть сигнал в виде обнаруживаемой флуоресцентной метки, что поможет в диагностике заболеваний. Также ДНК может высвободить терапевтические молекулы. Однако у таких ДНК-компьютеров есть ряд недостатков. Так, ДНК может быстро разлагаться в определенных условиях. В клетках содержатся ферменты нуклеазы, которые разрушают цепочки нуклеиновых кислот. Кроме того, такие ДНК-компьютеры, как правило, одноразовые.
Теперь американские исследователи предложили использовать вместо ДНК молекулы РНК. РНК тоже легко разлагается и является одноразовой. Однако в клетках она может производиться непрерывно. Это происходит в ходе процесса транскрипции, когда РНК синтезируется на матрице ДНК. Ученым просто нужно закодировать в геноме организма фрагменты РНК-компьютера, после чего клетка начнет их производить. При этом ученые обратили внимание на то, что цепочки нуклеиновых кислот могут связаться не с той мишенью. В ДНК-компьютерах это предотвращается за счет того, что ДНК является двойной цепочкой. Благодаря этому молекула как бы «закрыта». Если молекула ДНК находит правильную последовательность, то цепи разъединяются. Ученые захотели сделать в РНК-компьютерах аналогичный механизм, обеспечивающий точность связывания. Они закодировали молекулы так, чтобы одна половина РНК была комплементарна другой и так же закрывалась. Но такая структура не аналогична двум отдельным цепочкам: должно быть два свободных конца, а не один. Поэтому в место перегиба ученые закодировали рибозим, позаимствованный из генома гепатовируса. Это участок РНК, обладающий ферментативной активностью. Он разрезает сам себя, когда молекула находит правильную последовательность.
Исследователи проверили, может ли их РНК-компьютер выполнять базовые логические операции: «И» (если присутствует одна из двух нужных последовательностей) и «ИЛИ» (если присутствуют обе последовательности). Ученые также собрали цепи из нескольких узлов, ответственных за выполнение разных операций. Кроме того, прикрепив к концу каждой цепи флуоресцентную молекулу, авторы работы оценили интенсивность выходного сигнала. Исследователи определили скорость, с которой РНК-компьютер выполнял операции, и сравнили эти измерения с предсказанными данными, полученными на компьютерных моделях.
В данной работе ученые показали, что РНК-компьютер может работать. Однако последовательности РНК они синтезировали искусственно. В дальнейшем исследователи планируют перейти к работе с бактериями, чтобы оценить, может ли РНК-компьютер функционировать в живой клетке.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
