Учёные: Память клетки можно программировать

Что если мы могли бы запрограммировать живые клетки, чтобы они функционировали так, как это нужно организму? Наличие такого управления является одной из главных целей синтетической биологии и клеточной терапии, которые могут однажды заменить традиционные лекарства от таких болезней, как рак. Группа исследователей во главе с биологами Калифорнийского технологического института Майклом Еловиц, Лакримоара Бинту и Джоном Ен сделали важный шаг к тому, чтобы быть в состоянии программировать клеточную память. 

Для достижения этой перспективной цели учёные должны были сначала научиться программировать составные части клетки, которые общаются друг с другом, изменяя свою судьбу и судьбы других клеток.  В результате должен возникнуть некий тип клетки, способный вспомнить химические сигналы, которым клетка обменивалась. Комбинируя подходы синтетической биологии, учёные отслеживали поведение отдельных клеток, словно  воссоздавая из отдельных кадров кинокартину.  Существует четыре класса белков, выступающих в  роли регулятора хроматина, который создаёт и контролирует способность клетки поддерживать определенное состояние выраженности генов. Но главное, хроматин делает клетку помнящей - она обладает памятью, даже после того, как перешла в другое состояние.

Но проблема в том, что вместо того, чтобы при программировании "воспоминаний"  выраженности генов полагаться на один-единственный белок клетки живых существ используют сотни различных регуляторов хроматина. У всех тих белков, по сути, одна задача - они изменяют участок ДНК, изменяют выраженность генов. Вот и встает вопрос, почему клетке нужно такое множество различных регуляторов хроматина? Либо там встроено резервирование, либо каждый регулятор делает что-то уникальное. И если верно последнее, синтетические биологи хотели бы знать, как лучше всего использовать эти регуляторы в качестве инструмента для выбора идеального протеина, способного вызвать определенное состояние клеточной памяти.

Внедряя различные регуляторы хроматина на определенные участки ДНК, учёные наблюдали за поведением гена. Результат отслеживался по эффекту флуоресценции в отдельных клетках участка, для чего применялся кодирующий белок. Наличие или отсутствие флуоресценции давало понять, "выключил" ли белок-регулятор ген. Кроме того, исследователи могли освободить регулятор от ДНК и посмотреть, как надолго гена запомнил ее эффект.

После модификации, гены были всегда в одном из трех состояний — "бодрствование", связанное с активной выработкой белка, "сон", когда ген неактивен, но в состоянии проснуться в считанные дни и "кома", когда он не может пробудиться в течение 30 дней. Внутри отдельной клетки, гены были всегда полностью включены или выключены.

Это привело исследователей к неожиданным выводом о том, что регуляторы управления , то есть белки, влияют не на уровень или степень выраженности конкретного гена в отдельной клетке, а на то, сколько клеток находится в популяции, где этот ген включен или выключен. Исследователи представили свои выводы в февральском выпуске журнала Science.