Vznikl umělý protein který může fungovat jako elektronický obvod

TLDR verze: První umělý protein, který může zlepšit naši schopnost ovládat umělé buňky – a zlepšit tak lékařské schopnosti – je tu! Studie tuna a tuna.

Život je změna

Když se to vezme kolem a kolem, život je ve své nejmenší podstatně jednoduchý. V makrosvěte si vezmete prášek, pokrčíte ramena a čekáte, co to s vámi udělá – na nejmenší úrovni jsou ale jeho vlivy potenciálně dokonale srozumitelné! Život se totiž ve své podstatně sestává z divně pokroucených mikropásků, jimž ono pokroucení dává jejich různé vlastnosti.

Říkáme jim bílkoviny alias proteiny a letos je to 200 let, co je poprvé při zahřívání klihu k večeři objevil Henri Braconnot. Proteinů je však OBROVSKÝ KOTEL a jejich vlastnosti se špatně identifikují.

Vezměme si třeba to pokroucení. Geometrické uspořádání polypeptidového řetěze (spolu s primárním pořadím aminokyselin) definuje, jak jeden protein reaguje na jiné proteiny. Ale přesné vypíchnutí tvaru je stále komplikovanou vědeckou otázkou. Neposedné proteiny se totiž pravítkem měří blbě, a 3D zápis jejich tvaru by naježel i protřelého deskriptivního geometrika. Cca. dekádu nazpět tak třeba pro lepší vypíchnutí tvarů proteinů vznikla i logická videohra Foldit, která se snažila využít „moudrosti mas“ v prostorově náročném štělování pravděpodobné podoby proteinu.

Aby toho nebylo málo, vznikají i proteiny zcela nové! Syntetičtí biologové už nějak čas dovedou vykoumat umělý protein nového složení i tvaru. Jako vždy v podobně průkopnickém progresu však platí, že teprve postupné pilování metody nese zajímavější výsledky, než jenom „výzkum činěný pro výzkum“. Spojený tým Roberta Langana a Andew Nga z UCLA San Francisco a Washingtonské univerzity tak nyní oznámil návrh i realizaci proteinu, který může v buňkách fungovat jako jakýsi biotranzistor! Úžasná věc, která vyvolává otázku, kde se ten pokrok jen zastaví…

Proteiny na povel

Elektronické tranzistory z polovodičů fungují (v jistém nastavení, které nebudeme déle rozebírat) jako brány pro přepínání různých stavů. Což umožňuje z podobných obvodů vytvářet čipy a moderní elektroniku obecně. Langan a Ng se svými kolegátory ovšem navrhl svůj protein LOCKR (Latching Orthogonal Cage-Key pRotein) nemlich podobně. LOCKR nemá žádný známý protipól v přírodě a potenciálně slibuje možnost vytvářet jakési bioobvody uvnitř buněk, které by nám umožnily je časem ovládat doslova na povel!

Umělý protein LOCKR co do vzhledu doslova vypadá jako lauf (či spíše pumovnice), který po svém rozevření ukáže molekulární rameno. To může dle svého dalšího návrhu realizovat libovolný buněčný proces. Autoři už s ním dovedli řídit pohyb látek uvnitř buňky, degradovat specifické jiné proteiny nebo i aktivovat buněčnou sebedestrukci. Vtip je v tom, že rameno začne tohle všechno dělat až poté, co se onen lauf otevře. A ono otevření realizované jiným aktivačním proteinem je právě oním kýženým zapínání a vypínáním daného procesu.

LOCKR tedy nepřipomíná polovodiče vzhledově, ale principem – někdy v budoucnosti si lze přestavit celou plejádu LOCKRů s řadou různých, vzájemně propojených funkcí, kterak jeden reaguje na druhý a spouští zcela nové baterie biochemických reakcí! Biologický počítač, který může mít prakticky libovolný počet funkcí a dovede se zapnout/vypnout na povel! Příkladem uplatnění je třeba variace proteinu jménem degronLOCKR, který páchá zmíněnou degradaci proteinů. DegronLOCK však může být aktivován specifickými signály buněčné činnosti. Systém tak může například redukovat změny, které vedou ke změně buňky na buňku nádorovou, stejně jako může uvolňovat léčivo jenom v případě, že je léčivo potřeba.

Umělý protein LOCKR v náhledu, zdroj: Washington University

Průlom, na který si počkáme

Autoři například spekulativně přišli s možností vložit do buněk LOCKR, který by byl aktivován příznaky traumatizující událostí – v jejíž reakci by vytvářel látky dočasně zhoršující ukládání vzpomínek. Takový LOCKR by tak mohl eliminovat vznik posttraumatického šoku! Už pár let vědátoři skrze testy na zvířatech mluví o tom, že bychom byli s to pomocí nějakého léku např. u obětí autonehod nebo vojáků po bitvě redukovat šanci, že si přeživší své trauma ponesou celý život. K tomu by však odborníci museli takové látky podat brzy po onom traumatu. LOCKR by se však mohl aktivovat sám. A nejen v tomto případě…

Jako obvykle v podobných výzkumech ale platí pár ale. Byť je nynější novina solidním pokrokem v mezích zákona, na její (hypotetickou) aplikaci si nejspíše počkáme. Tentokrát bych klidně řekl, že čekačka bude trvat i víc jak 50 let. Umělý protein LOCKR je extrémně k pokročilou srandou, která se stále může podělat v tak VELKÉM množství scénářů, až mi z toho jde hlava kolem! Ověřit, jak dobře funguje či nefunguje bude první významný úkol. Tvorba programovacího jazyka, který umožňuje LOCKRem dirigovat buňky, bude další oříšek pro generaci vědátorů. A pak tu bude hledání nežádoucích jevů. Půlstoletí minimálně.

Buněčné programování dnes již jako předmět zájmu existuje, ale je často humpolácké a přesné asi jako snaha rýsovat výkres pomocí křídy, kladiva, protézy rukou, s páskou přes oči a do vody. Řekněme, že tedy je co zlepšovat. Když se ale vrátíme zpět k paralele s tranzistorem, ten také vznikl už v roce 1947. A jeho praktických plodů jsme si začali užívat až v 80. a 90. letech (v mojí rodné vísce i o dekádu později). Ergo by nebylo překvapivé, kdyby LOCKR – či nějaký jeho nástupce – měl podobnou osu aplikace. Možná ještě delší, poněvadž tranzistory nemusely procházet kontrolami zdravotní nezávadnosti…


Doufám, že vám teď kontextová reklama vyjela upoutávku na nějaký arzen nebo cyankáli.

Vnitřní vesmír

Zatím tedy šáňo nechte stále vychlazené, novinka však naznačuje, že v budoucnu se můžu dít ještě hodně zajímavé věci! LOCKR, CRISPR a další podobná udělátka ukazují, že příští dekády budou pro biology extrémně zajímavé!

Když se to totiž vezme kolem a kolem, život je ve své nejmenší podstatně jednoduchý. A konečně se dostáváme k tomu, že bychom do jeho principů mohli zasahovat nikoliv v chaosu makrosvěta, ale relativní primitivnosti mikrosvěta!

[LL]

Proč se výzkum (na první pohled) trochu táhne, rozebrala i TL v nedávném díle Vědátorů na pivu: 

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol – podpořte i vy drobákem mojí snahu informovat o vědě věčně & vtipně a přispějte mi v kampani na Patreonu.

A sledujte mojí snahu případně i na Facebooku či YouTube!

Diskuze