Ίσως κάποια μέρα ένας μικροσκοπικός βιολογικός υπολογιστής να αποτελεί το μέσο διάγνωσης του καρκίνου και πολλών άλλων ασθενειών μέσω της παρατήρησης μεμονωμένων ανθρώπινων κυττάρων

Μια ομάδα Αμερικανών, Ινδών, Ισραηλινών αλλά και Ελλήνων επιστημόνων (και πιο συγκεκριμένα οι Keller Rinaudo, Λεωνίδας Μπλέρης, Rohan Maddamsetti, Sairam Subramanian, Ron Weiss και Yaakov Benenson) κατασκεύασε ένα μικροσκοπικό βιολογικό υπολογιστή από μόρια DNA, ο οποίος μπορεί και λειτουργεί μέσα στα ανθρώπινα κύτταρα, πιθανώς ανοίγοντας το δρόμο για μια νέα τεχνολογία, η οποία θα είναι ικανή να συλλέγει άρρωστα κύτταρα από υγιείς ιστούς.

Το σύστημα αυτό λειτουργεί σύμφωνα με μια διαδικασία που ονομάζεται RNAi κατά την οποία πολύ μικρά μόρια RNA εμποδίζουν την παραγωγή πρωτεΐνης από ένα γονίδιο.

Ο στόχος της όλης διαδικασίας είναι η εισαγωγή DNA σε ανθρώπινα κύτταρα έτσι ώστε να προσδιοριστεί η φύση ενός κυττάρου, καρκινογόνο ή άρρωστο, σύμφωνα με τη σύσταση των μορίων μέσα στο κύτταρο.

Αφού γίνει η διάγνωση της ασθένειας, το γεννητικό υλικό θα διεγείρει την έναρξη μιας θεραπείας για τη συγκεκριμένη ασθένεια. Ωστόσο αυτό το είδος της τεχνολογίας δείχνει να είναι ακόμα πολύ μακριά από τη σημερινή πραγματικότητα.

Προς το παρόν οι ερευνητές δοκιμάζουν διαφορετικές μεθόδους για την μετατροπή του γενετικού υλικού σε έναν επιδέξιο υπολογιστή ο οποίος θα μπορεί να ανιχνεύσει συγκεκριμένους συνδυασμούς μορίων και να ανταποκριθεί δημιουργώντας άλλα μόρια.

«Την μεγαλύτερη πρόκληση αποτελεί ο τρόπος με τον οποίο θα μπορούσε κάποιος να δημιουργήσει έναν "μοριακό υπολογιστή", ικανό να λαμβάνει αποφάσεις», σχολιάζει ο βιοτεχνολόγος Yaakov Benenson από το πανεπιστήμιο του Harvard.

«Οι ερευνητές έχουν καταφέρει να σχεδιάσουν έναν βιολογικό υπολογιστή που είναι ικανός να λύσει απλά προβλήματα μέσα σε ένα δοκιμαστικό σωλήνα, όμως η εισαγωγή ενός τέτοιου συστήματος στα ανθρώπινα κύτταρα είναι αρκετά πολύπλοκη», σχολιάζει ο Benenson.

Η διαδικασία του RNAi ακολουθείται από τα κύτταρα ακόμα και υπό φυσιολογικές συνθήκες. Τα κύτταρα περιέχουν μικρά τμήματα RNA, τα οποία είναι γνωστά με την ονομασία short interfering RNA και αναγνωρίζουν συγκεκριμένες ακολουθίες γονιδίων τις οποίες μπορούν και απενεργοποιούν.

Ο Benenson και οι συνάδελφοι του κατασκεύασαν ένα γονίδιο το οποίο θα είναι ευαίσθητο σε διαφορετικά siRNAs. Στην απλούστερη περίπτωση, παρήγαγαν ένα μόνο μόριο siRNA για την απενεργοποίηση ενός γονιδίου το οποίο βοηθάει στην αποκωδικοποίηση μιας φθορίζουσας πρωτεΐνης.

Σε πιο πολύπλοκες καταστάσεις, ένα ζευγάρι μορίων siRNAs είναι ικανά να απενεργοποιήσουν ένα άλλο γονίδιο, το οποίο εν συνεχεία απενεργοποιεί μια φθορίζουσα πρωτεΐνη. Για την διαπίστωση της σωστής λειτουργίας του συστήματος, οι ερευνητές στηρίχθηκαν στη δομή του οργανισμού άλλων ειδών.

Η τεχνική RNAi θα μπορούσε να φτάσει σε πολύ υψηλά επίπεδα πολυπλοκότητας, δημιουργώντας γονίδια ευαίσθητα σε όλο και περισσότερα μόρια siRNAs και συνδυασμούς.

«Η κλιμάκωση είναι πολύ σημαντική επειδή μέσω διαδοχικών βημάτων είναι πιθανή η δυνατότητας της λήψης πολύπλοκών αποφάσεων», σχολιάζει ο Benenson.

Το επόμενο βήμα όπως αναφέρει ο Benenson είναι η επινόηση ενός τρόπου με τον οποίο θα εισαχθούν τα μόρια μέσα στα κύτταρα και θα ενεργοποιήσουν την παραγωγή siRNAs.

Scientific American