کامپیوترهای بیولوژیک: کاربرد مدارهای محاسباتی در شناسائی و تخریب سلولهای سرطانی

تیمی از پژوهشگران به رهبری پروفسور یاکوب  بنسون (Prof. Yaakov Beneson) از ETH و پروفسور ران وایز (Prof. Ron Weiss) از MIT موفق شدند یک مدار ژنتیک را برای تشخیص سرطان داخل سلولهای انسانی قرار دهند. این مدار ژنی وقتی فعال می شود با شناسائی شکلهای مختلف ترکیب 5 فاکتور مولکولی خاص سلولهای سرطانی را تفکیک کرده و آنها را نابود می کند. پروفسور بنسون که در ETH زوریخ استاد بیولوژی سنتتیک است وقت زیادی را برای ساختن مدلهای ژنتیک که بتوانند در سلول زنده عمل کنند صرف کرده است. هدف او ساخت بیوکامپیوترهائی بوده است که قادر باشند مولکولهای حاوی اطلاعات مربوط به عملکرد سلول را شناسائی کرده و در صورتی که عملکرد سلول غیرطبیعی باشد پاسخ های درمانی را هدایت کنند. اکنون او با کمک پروفسور وایز و یک تیم پژوهشی در راه رسیدن به این هدف گام بزرگی برداشته است.

این پژوهشگران در مقاله ای که به تازگی در مجله Science  به چاپ رسیده است نحوه ساخت یک مدار مصنوعی متشکل از چند ژن را شرح داده اند که می تواند سلولهای سرطانی را از سلولهای سالم تشخیص داده و سلولهای سرطانی را از بین ببرد. این مدار با نمونه برداری و تلفیق 5 فاکتور مولکولی ویژه سلولهای سرطانی کار می کند و تنها زمانی سلول را سرطانی تشخیص می دهد که هر 5 فاکتور در سلول وجود داشته باشند، به این ترتیب تشخیص سلول سرطانی با دقت بسیار زیاد انجام می شود.

پژوهشگران این شبکه ژنی را در محیط کشت روی دو نوع سلول انسانی آزمایش کردند: سلولهای نرمال و سلولهای سرطانی گردن رحم که به نام سلولهای هلا (HeLa cells) خوانده می شوند. وقتی بیوکامپیوترهای ژنتیک داخل سلول قرار گرفتند فقط سلولهای هلا از بین رفتند و سلولهای نرمال سالم باقی ماندند.

برای رسیدن به چنین نتیجه ای کار بسیار زیادی انجام شده است. پروفسور بنسون و تیمش باید اول تعیین می کردند چه ترکیبی از مولکولها مختص سلولهای هلا است، آنان مولکولهائی را بررسی کردند که به خانواده RNA تعلق داشته و میکرو RNA یا miRNA نامیده می شوند و ترکیب خاصی از میکرو RNA ها پیدا کردند که فقط در سلول هلا یافت می شود و در هیچ نوع سلول سالمی دیده نشده است.

پروفسور بنسون می گوید بیوکامپیوترها فاکتورهای میکرو RNA را در هر سلولی که ردیابی کرده و  با استفاده از محاسبات منطقی مثل استفاده از AND و NOT فقط زمانی پاسخ نهائی - یعنی مرگ سلول-  را اعلام می کنند که به یک مقدار واقعی (logical true value) برسند. در قدم بعدی پژوهشگران باید این بیوکامپیوترها را در مدلهای حیوانی آزمایش کنند تا بتوانند در آینده ابزارهای تشخیصی و درمانی مناسبی را طراحی کنند. گرچه طراحی این آزمایشها انسان را به یاد داستانهای علمی تخیلی می اندازد ولی دکتر بنسون معتقد است که این کار غیرممکن نیست اما ابتدا باید موانع بزرگی را از سر راه برداشت مثل اینکه چطور می توان  یک ژن خارجی را بدون آسیب زدن به سلول به آن وارد کرد. در حال حاضر انتقال DNA به سلولها موضوع چالش برانگیزی است،  بخصوص اینکه فعالیت چنین ژنی باید در سلول موقتی باشد و نه دائم اما روشهای انتقال ژن موجود – چه ویروسی و چه شیمیائی- هنوز به اندازه کافی پیشرفته نیستند و باید بیشتر بر روی آنها کار شود.

پروفسور بنسون می گوید هنوز را زیادی مانده که بتوانیم چنین روش پیچیده ای را در انسان پیاده کنیم اما تحقیق حاضر گام مهمی است که نشان می دهد ابداع روشهای تشخیصی و درمانی بسیار تخصصی برای سرطان امکان پذیر است.

منبع: http://www.sciencedaily.com/releases/2011/09/110901142056.htm

  
نویسنده : فرزانه احمدی ; ساعت ۱۱:٢٩ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٠/٦/۱۱