هرچند دستکاری DNA با روش CRISPR معمولا برای ژن درمانی استفاده می‌شود، این فناوری کاربردهای دیگری نیز در زیست‌شناسی مصنوعی دارد. دانشمندان دانشگاه ETH زوریخ با استفاده از CRISPR رایانه‌های کوچکی در تک سلو‌ل‌های بدن ساخته‌اند. در روشی که این دانشمندان به کار بردند، هر سلول یک رایانه‌ی کوچک است. برای آشنایی بیشتر با این رایانه‌های سلولی با مجله‌ی فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.

عکس: Colourbox/Steven Emmett, ETH Zurich

یک رایانه ی کوچک سلولی چیست؟

در حالیکه قدرت پردازش رایانه‌های امروزی بسیار بیش از گذشته است، در موارد بسیاری توان محاسباتی لازم برای شبیه‌سازی وقایع طبیعی وجود ندارد. موجودات زنده را می‌توان به رایانه‌هایی قدرتمندتری تشبیه کرد. هر سلول بدن یک موجود زنده مانند یک دروازه‌ی منطقی است که پس از دریافت ورودی از دنیای پیرامون، پردازش مناسبی روی این ورودی انجام می‌دهد. در موارد بسیاری این پردازش از نوع سوخت و ساز است.

برای ساخت یک رایانه‌ی کوچک سلولی که در سیگنال خروجی C را تنها در صورت وجود سیگنال‌های ورودی A و B تولید می‌کند، از سوئیچ‌های پروتئینی استفاده می‌شود. این روش انعطاف‌پذیر است و امکان پردازش یک تک ورودی را فراهم می‌کند، لذا دقت کافی را دارد. با روش‌های معمول، افزایش تعداد سوئیچ‌ها در سلول‌ها با افزایش خطا همراه است.

حتی یک رایانه‌ی واقعی نیز برای پردازش داده‌ها به تک سیگنال‌های ورودی در غالب الکترون‌ها نیاز دارد. یک رایانه توانایی پردازش هزارمیلیون دستور در ثانیه را داراست. یک رایانه‌ی سلولی کندتر است و تنها قادر به پردازش ۱۰۰ هزار مولکول دخیل در فرآیند سوخت و ساز در ثانیه است. با این حال این عدد در مقابل سرعت رایانه‌های سلولی‌های پیشین عدد خوبی است.

پردازنده ی یک رایانه ی سلولی

پروفسور Martin Fussenegger سرپرست گروهی است که در دانشکده‌ی مهندسی و علوم سامانه‌های زنده( Biosystems Science and Engineering) در دانشگاه ETH روی رایانه‌های سلولی کار می‌کنند. فرآیند این گروه برپایه‌ی فناوری CRISPR-Cas9 است که بیش از یک ورودی را در غالب مولکول‌های RNA می‌پذیرد. در این فرآیند پروتئین Cas9 پردازنده‌ی مرکزی سلول است. این پردازنده‌ی سلولی بیان ژن(تفسیر DNA و ساخت محصولی نهایی که معمولا به شکل نوعی RNA یا آمینواسید است) را کنترل می‌کند و می‌تواند دو ورودی و دو خروجی داشته باشد.

در مرحله‌ی بعد این گروه دو پروتئین Cas9 از دو نوع باکتری مختلف را وارد یک سلول کردند. با این ساختار دو پروتئین به طور مستقل ورودی‌های خود را کنترل می‌کنند. این ساختار را می‌توان یک پردازنده‌ی کوچک دو هسته‌ای دانست.

یک رایانه ی سلولی چه کاربردی دارد؟

سلول‌های دستکاری شده با پروتئین‌های Cas9 به وجود ترکیبات شیمیایی واکنش نشان می‌دهند. در صورت تشخیص ترکیب مربوط خروجی سلول می‌تواند یک دارو باشد. اگر ماده‌ی شیمیایی فعال کننده‌ی یکی از پروتئین‌ها یا هر دو در سلول می‌توان تا سه نوع مختلف دارو تولید کرد. امید است این روش در درمان سرطان کارآمد باشد.

در همین زمینه در مجله‌ی فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی

معرفی پنج روش انتقال کریسپر به بدن و کاربردهای آن

با قابلیت سلول های بنیادین در درمان بیماری ها آشنا شویم!

منبع: ETH Zurich

استفاده وبازنشر این نوشتار تنها با ذکر لینک منبع و نام «مجله‌ی فناوری‌های توان افزا و پوشیدنی» مجاز است.