I ricercatori dell'Università Ebraica di Gerusalemme hanno realizzato un'impresa straordinaria: programmare cellule umane affinché processino segnali biologici come minuscoli processori, con potenziali applicazioni nella lotta contro il cancro. Il team, guidato dalla studentessa di dottorato Keren Roas e dal dottor Lior Nissim, ha pubblicato i risultati su Nature Communications, descrivendo un sistema genetico artificiale che permette alle cellule di seguire istruzioni complesse senza perdere affidabilità.
Il cuore dell'innovazione è l'RNA trans-splicing, un processo naturale che unisce messaggi genetici separati all'interno della cellula. Combinando questo meccanismo con elementi regolatori naturali e artificiali, i ricercatori hanno creato strumenti molecolari simili a processori biologici. A differenza dei tradizionali circuiti genetici, che richiedono molti strati di calcolo interni e tendono a degradarsi con la complessità, il nuovo metodo riduce drasticamente il numero di calcoli e blocchi genetici necessari.
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Un full adder biologico dimostra il potenziale computazionale delle cellule
Per testare il sistema, il team ha costruito un "full adder" biologico, un dispositivo a tre bit in grado di eseguire semplici operazioni matematiche binarie, simile a un processore informatico. Hanno anche realizzato un multiplexer biologico, un componente che seleziona un segnale tra più opzioni e lo inoltra. L'uso di proteine fluorescenti di diversi colori ha permesso di tracciare in tempo reale i segnali attraverso ogni cellula ingegnerizzata.
Un meccanismo di sicurezza integrato per prevenire errori terapeutici
Il sistema include un meccanismo di sicurezza che si attiva quando la cellula rileva una configurazione genetica non valida o sovraccarica, producendo un segnale di avvertimento. Questo potrebbe prevenire errori in futuri trattamenti medici. Come dimostrazione pratica, le cellule sono state programmate per produrre Interleuchina-15, una proteina immunitaria che attiva le cellule antitumorali in modo più efficace. In teoria, cellule simili potrebbero monitorare diversi marcatori di malattia e rilasciare il trattamento solo quando necessario, colpendo il tessuto malato e risparmiando quello sano.
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Il dottor Nissim ha dichiarato: "Il nostro nuovo approccio consente alle cellule di eseguire programmi complessi usando molti meno calcoli e blocchi genetici. Questo rende possibile costruire programmi biologici molto più avanzati senza perdere funzionalità". La ricerca, sebbene ancora in fase di laboratorio, suggerisce che la medicina potrebbe diventare simile alla progettazione del software, con codice biologico che dice alle cellule esattamente quando e come agire.
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Per maggiori dettagli sull'RNA trans-splicing, consulta la pagina di Wikipedia.
