Az elektrogenetikai tanulmány megállapította, hogy egy napon a hordható eszközökkel irányítani tudjuk génjeinket

Az alkatrészek úgy hangzanak, mint egy bevásárlási és gyógyfürdői visszavonulás utóhatása: három AA elem. Két elektromos akupunktúrás tű. Egy műanyag tartó, amelyet általában elemes tündérlámpákhoz rögzítenek. De együtt egy erőteljes stimulációs eszközzé egyesülnek, amely háztartási elemeket használ a génexpresszió szabályozására a sejtekben.

Az ötlet vadnak tűnik, de egy új tanulmány in Természet anyagcsere ez a hét megmutatta, hogy lehetséges. A Dr. Martin Fussenegger (ETH Zürich) és a svájci Bázeli Egyetem által vezetett csapat egy olyan rendszert fejlesztett ki, amely egyenáramú villamos energiát használ – akkumulátorok vagy hordozható akkumulátorok formájában –, hogy egerekben egy gént kapcsoljon be az emberi sejtekben. szó szerint egy kapcsolóval.

Hogy egyértelmű legyen, az akkumulátorcsomag nem szabályozható in vivo emberi gének. Egyelőre csak az élő sejtekbe inszertált, laboratóriumban előállított gének esetében működik. A felület azonban már éreztette hatását. Egy elméleti bizonyítási teszt során a tudósok genetikailag módosított emberi sejteket ültettek be 1-es típusú cukorbetegségben szenvedő egerekbe. Ezek a sejtek általában némák, de képesek inzulint pumpálni, ha elektromos zárral aktiválják őket.

A csapat akupunktúrás tűket használt, hogy napi 10 másodpercig kifejtse a triggert, és az egerek vércukorszintje egy hónapon belül visszatért a normális szintre. A rágcsálók egy bő étkezés után visszanyerték azt a képességet, hogy külső inzulin nélkül szabályozzák a vércukorszintet, ami általában nehéz teljesítmény.

Az „elektrogenetikának” nevezett interfészek még gyerekcipőben járnak. A csapat azonban különösen izgatott a hordható eszközökben rejlő lehetőségek miatt, amelyek közvetlenül irányíthatják a metabolikus és potenciálisan egyéb rendellenességek kezelését. Mivel a beállítás nagyon kevés energiát igényel, három AA elem több mint öt évig napi inzulin injekciót válthat ki.

A tanulmány a legújabb, amely a test analóg vezérlőit – a génkifejezést – összekapcsolja digitális és programozható szoftverekkel, például okostelefon-alkalmazásokkal. A rendszer „ugrás előre, és azt a hiányzó láncszemet képviseli, amely lehetővé teszi, hogy a hordható eszközök irányítsák a géneket a nem is olyan távoli jövőben” – mondta a csapat.

Probléma a genetikai kontrollokkal

A génexpresszió analóg módon működik. A DNS-nek négy genetikai betűje van (A, T, C és G), amelyek a számítógép 0-ára és 1-jére emlékeztetnek. A genetikai kód azonban nem képes felépíteni és szabályozni az életet, hacsak nem fordítják le fehérjékké. A génexpressziónak nevezett folyamat több tucat biomolekulát vesz fel, amelyek mindegyikét mások irányítják. Bármely genetikai áramkör „frissítését” az evolúció vezérli, amely köztudottan hosszú időn belül működik. Bár a biológia játékkönyv erős, nem éppen hatékony.

Lépjen be a szintetikus biológiába. A mező új géneket állít össze, és sejtekbe csap, hogy bonyolult áramköröket hozzon létre vagy újrahuzalozzon a gépek logikájával. A korai kísérletek azt mutatták, hogy a szintetikus áramkörök szabályozhatják azokat a biológiai folyamatokat, amelyek általában rákot, fertőzéseket és fájdalmat okoznak. Aktiválásukhoz azonban gyakran molekulákra van szükség, mint kiváltó okokra – antibiotikumokra, vitaminokra, élelmiszer-adalékanyagokra vagy más molekulákra –, amelyek ezeket a rendszereket az analóg biológiai számítástechnika birodalmában tartják.

A neurális interfészek már áthidalták a neurális hálózatok – egy analóg számítási rendszer – és a digitális számítógépek közötti szakadékot. Megtehetjük ugyanezt a szintetikus biológiával?

Digitális szintetikus biológia

A csapat megoldása az egyenáramú szabályozási technológia, vagyis a DART.

Így működik a beállítás. A magvak a reaktív oxigénfajták (ROS), amelyeket gyakran az öregedést és a szövetek kopását okozó gazembernek is neveznek. Testünk azonban általában az anyagcsere folyamatok során termeli ezeket a molekulákat.

A molekulák károsodásának minimalizálása érdekében természetes fehérje bioszenzorral mérjük a ROS-szintet. A bioszenzor szorosan együttműködik az NRF2 nevű fehérjével. A pár általában a sejt kócos részében lóg, a legtöbb genetikai anyagtól elkülönítve. Amikor a ROS szintje riasztó sebességre emelkedik, az érzékelő felszabadítja az NRF2-t, amely a sejt DNS-tároló tartályába – a sejtmagba – alagútba vezet, hogy bekapcsolja azokat a géneket, amelyek megtisztítják a ROS-zavart.

Miért számít? Az NRF2-t génmanipulációval lehet úgy módosítani, hogy szintetikus biológia segítségével más géneket is bekapcsoljon – magyarázták a szerzők. Egy teher az előző munka kimutatta, villamos energia kiválthatja a sejteket, hogy a ROS-t biztonságos szinten pumpálják ki a genetikai kontroll érdekében. Más szavakkal, a sejtek elektromos stimulálása felszabadíthatja a ROS-t, amely azután aktiválja az NRF2 „titkos ügynökét”, hogy bármelyik gént megfordítsa.

A DART mindezt a korábbi munkát egy rendkívül hatékony, alacsony energiaigényű elektromos génszabályozási rendszerben egyesíti. Az elemek a kioldó, a ROS a hírvivő, az NRF2 pedig a genetikai „be” kapcsoló.

A rendszer felépítéséhez a Petri-csészékben lévő emberi sejtek először genetikai hangolást kaptak, hogy több bioszenzort és NRF2-t expresszáljanak, mint természetes társaik, ezáltal pedig a mesterséges sejteket jobban ráhangolják a ROS-szintekre.

Aztán jött a kioldó tervezése. Itt a csapat elektromos akupunktúrás tűket használt, amelyeket az Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hatósága (FDA) már jóváhagyott. A tűk tápellátását a csapat AA, AAA vagy gombelemek segítségével vizsgálta – ez utóbbiak általában hordható eszközökben vannak –, és különböző akkumulátor-konfigurációkat mértek, amelyek elegendő feszültséget termeltek a ROS stimulálásához a tervezett cellákban.

Egy kísérletben egy sötétzöld fehérjét használtak indikátorként. A sejtek rövid áramlövésekkel történő lecsapása ROS-molekulákat pumpált ki belőle. A sejt bioszenzorai felpörögtek, felszabadítva az NRF2-t, amely rákapcsolódott a szintetikusan hozzáadott genetikai gépezetre, amely zöld fehérjéket expresszál, és bekapcsolta azt.

Az elektromos kioldó teljesen visszafordítható volt, a sejtek „visszaálltak” normál, egészséges állapotba, és képesek voltak ellenállni egy újabb elektromos körbejárásnak.

„Már régóta szerettük volna közvetlenül szabályozni a génexpressziót elektromos áram segítségével; most végre sikerült” mondott Fussenegger.

Elemes megoldás a cukorbetegségre?

Felbátorodva a csapat ezután DART segítségével próbálta szabályozni az inzulingént. Az inzulin nélkülözhetetlen a vércukorszint szabályozásához, cukorbetegség esetén szintje felborul. A csapat nem idegen a mezőnytől, korábban mérnöki tervezősejtek, amelyek a feszültségváltozásokra válaszul pumpálják ki az inzulint.

A DART segítségével a csapat genetikailag módosított inzulintermelő géneket emberi sejtekbe, amelyek csak ROS jelenlétében kapcsoltak be elektromos stimuláció után. A beállítás tökéletesen működött a Petri-csészékben, a sejtek inzulint bocsátanak ki, miután elektromos árammal zuhanyozták őket, majd ROS-ba zuhanyozták.

A módosított sejteket ezután klinikailag engedélyezett zselészerű anyagba kapszulázták, és az 1-es típusú cukorbetegségben szenvedő egerek hátára ültették be a bőr alá. Ezek az egerek általában nem képesek önállóan inzulint termelni.

A DART vezérlő viszonylag egyszerű: két platinával bevont akupunktúrás tű három AA elemmel működik, és egy 12 V-os tápkapcsolóhoz van csatlakoztatva, amely a beültetett sejteket célozza meg. Kontrollként a csapat akupunktúrás tűkkel szúrta meg az egereket a beültetett sejtektől távol. Minden csoport naponta mindössze 10 másodpercig volt bezárva.

A kontrollokhoz képest mindössze négy hét alatt az elektrogenetikus kezelés ígéretesnek bizonyult. Az egerek jobban küzdöttek a fogyókúra miatti alacsony vércukorszinttel, és végül visszaállították normális vércukorszintjüket. Az étkezés utáni vércukorszint szabályozásában is ügyesek voltak, ami inzulin nélkül nehéz cukorbetegeknél. Egyéb metabolikus intézkedések is javultak.

A következő lépés az, hogy megtalálják a módját annak, hogy az implantátumokban használt genetikailag módosított sejtek iránti igényt klinikailag életképesebb megoldással helyettesítsék.

A szerzők számára azonban a DART egy útiterv a biológiai testek digitális birodalmába való további áthidalására. Egyszerűnek kell lennie a DART vezérlők összekapcsolása a sejten belüli biogyógyszer széles skálájával. Több optimalizálással ezek az elektrogenetikus interfészek „nagy ígéretekkel kecsegtetnek számos jövőbeli gén- és sejtalapú terápia számára” – mondták a szerzők.

Kép: Peggy és Marco Lachmann-Anke ból ből pixabay

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Autóipar / elektromos járművek, Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• BlockOffsets. A környezetvédelmi ellentételezési tulajdon korszerűsítése. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://singularityhub.com/2023/08/04/electrogenetics-study-finds-we-could-one-day-control-our-genes-with-wearables/