California teadlased on konstrueerinud molekulraalid, mis suudavad end elavate rakkude sisemuses RNA-ahelatest ise kokku panna. Tulevikus pole välistatud selliste arvutite programmimine raku bioloogilisi funktsioone manipuleerima. Üks võimalik rakendusala on ravimite nutikas kohaletoimetamine, ütleb Christina Smolke, kes viis koos Maung Nyan Winiga läbi vastavasisulise uurimuse, mille tulemused avaldati ajakirja Science äsjases numbris.

Biomolekulide kasutamist arvutuste sooritamiseks demonstreeris esmakordselt Leonard Adelmann 1994. aastal Lõuna-California Ülikoolis; hiljem arendas sama lähenemist edasi Iisraelis Rehovoti linnas asuva Weizmanni Teadusinstituudi teadlane Ehud Shapiro. Shapiro kinnitab: “Värske uurimus näitab esmakordselt suutlikkust tuvastada molekulide olemasolu või puudumist rakus.”

See avab uued võimalused selliste arvutusseadmete loomiseks, mis oskavad reageerida konkreetsetele tingimustele rakkude sees, ütleb ta. Näiteks on võimalik välja arendada ravimi doseerimise süsteemid, mis ründavad vähirakke seestpoolt, aistides geene, mis reguleerivad rakkude kasvu ja surma. “Need võib programmida ravimit vallandama täpselt õigete tingimuste juures, õigel ajal ja õiges kohas,” selgitab Shapiro.

Smolke ja Wini bioraalid on konstrueeritud kolmest põhikomponendist — anduritest, ajuritest ja saatjatest —, mis kõik koosnevad RNA-st. Sisendandurid on valmistatud aptameeridest ehk veidi antikehadele sarnase käitumisega RNA-molekulidest, mis seonduvad tihedalt spetsiifiliste sihtmärkidega. Väljundkomponendid ehk ajurid on aga valmistatud ribosoomidest, keerukatest RNA-molekulidest, millel on ensüümidele sarnased katalüütilised omadused. Nende kahe komponendiga seondub omakorda kolmandat tüüpi RNA-molekul, mis toimib saatjana. Saatjafunktsioon hakkab tööle, kui andurmolekul tuvastab sisendkemikaali ja käivitab seepeale ajurmolekuli.

Smolke ja Win konstrueerisid oma RNA-raalid tuvastama pärmimolekulides tetratsükliini j teofülliini ning vallandama selle peale fluorestseerivat valku. Teatud moel RNA komponente kokku sobitades näitasid uurijad, et võivad neid ühendada eri tüüpi loogikaventiilideks — suvalises arvutis leiduvateks skeemielementideks. Näiteks tekitab JA-ventiil väljundsignaali vaid siis, kui sisend tuvastab mõlema aine olemasolu, samas kui VÕI-EI-ventiil annab väljundsignaali vaid siis, kui ei tuvastata kumbagi ainet.

See aga on alles demonstratsioon, ütleb Smolke. “Me kasutame modulaarseid molekule, millel on nii-öelda sisseehitatud isehäälestuvus,” selgitab ta — pidades silmas, et molekule on võimalik eri moel kombineerida. Eri tüüpi aptameere peaks olema võimalik kasutada tuhandete erisuguste ainevahetuslike või valguliste sisendite tuvastamiseks.

Smolke ja Win konstrueerisid seadme sel moel, et šifreerisid RNA-jadasid DNA-sse ja viisid selle rakku. “Seega valmistab neid seadmeid rakk,” selgitab Smolke, “RNA on tegelikult väga kergesti programmitav substraat.”

Sellise lähenemise juures on tõeliselt ahvatlev asjaolu, et nii seadme komponendid kui neid koos hoidev substraat on valmistatud täielikult RNA-st, ütleb Müncheni Tehnikaülikooli bioelektroonik Friedrich Simmel. “See on midagi, mida sooviksime ka ise teha,” nendib ta, kuna need seadmed mitte ainult ei pane end ise kokku, vaid neid saab ka ühekorraga valmistada ühestainsast pikast RNA-jadast.

Smolkel ja Winil on juba õnnestunud leida kaastöötajaid potentsiaalseteks uuringuteks loomadega, et selgitada välja, kuidas biokompuutreid rakkudesse viia ja seejärel kasutada. Smolke loodab tulevikus käivitada ka suuremastaabilise ühistöö-projekti eesmärgiga koostada massiivne andmebaas anduritest, millest neid seadmeid konstrueerida saaks.

Tõlkinud Mart Kalvet.