מעגל גנטי חדש מאפשר לתאים לקרוא שישה אותות

צוות חוקרים מאוניברסיטת POSTECH פיתח פלטפורמה חדשה של מעגל גנטי מבוסס RNA, שמאפשרת לתאים לקלוט כמה אותות פנימיים במקביל, לעבד אותם ולהפעיל תגובה שנקבעה מראש. בלב המערכת עומד שימוש חדש בריבוזום — המכונה המולקולרית שאחראית בדרך כלל על ייצור חלבונים — כמעין מתג ביולוגי שמסייע לתא "להחליט" כיצד לפעול.

החידוש המרכזי הוא ביכולת של המערכת לקרוא שישה אותות שונים בתוך התא בעת ובעונה אחת. בעולם הביולוגיה הסינתטית, שבו מנסים לתכנת תאים כך שיבצעו פעולות מוגדרות, מדובר בקפיצה מעבר למערכות פשוטות יחסית שמגיבות לאות אחד או שניים. ככל שמספר האותות שניתן לעבד גדל, כך אפשר לייצר תגובה מדויקת יותר לתנאים משתנים בתוך התא.

כך הריבוזום הופך ממפעל חלבונים למתג תאי

הריבוזום מוכר כאחד המרכיבים הבסיסיים והחיוניים ביותר בתא: הוא קורא את המידע הגנטי ומתרגם אותו לחלבונים. הפיתוח החדש מרחיב את תפקידו מעבר לייצור חלבונים בלבד, ומשתמש בו כחלק ממנגנון בקרה שמחבר בין קליטת מידע לבין הפעלת תגובה ביולוגית.

במקום לראות בריבוזום תחנה סופית בשרשרת ייצור, החוקרים הפכו אותו לרכיב חישובי כמעט — כזה שמאפשר למערכת הגנטית להבחין בין כמה קלטים שונים ולפעול בהתאם לצירוף הספציפי שלהם. בכך, התא אינו רק מבצע הוראה בודדת, אלא פועל במסגרת לוגית רחבה יותר, הדומה לעקרונות של מעגלים אלקטרוניים.

למה שישה אותות הם צעד משמעותי

היכולת לעבד שישה אותות בו-זמנית חשובה משום שתאים פועלים בסביבה מורכבת, רוויית מסרים ביוכימיים. תגובה תאית מדויקת דורשת לעיתים לא רק זיהוי של מולקולה אחת, אלא הבנה של שילוב בין כמה תנאים: מצב מטבולי, נוכחות של RNA מסוים, שינויים סביבתיים או אותות פנימיים נוספים.

מערכת שמסוגלת לחבר בין כמה שכבות מידע עשויה בעתיד לאפשר שליטה עדינה יותר בהתנהגות תאים. המשמעות המעשית עשויה להיות תכנון של תאים שמבצעים משימה רק כאשר מתקיים רצף מוגדר של תנאים, ולא בתגובה אוטומטית ופשוטה מדי. זהו אחד היעדים המרכזיים בביולוגיה סינתטית: להפוך תאים לפלטפורמות מדויקות, מבוקרות וגמישות יותר.

החזון: תאים כ"מחשבים חיים"

ב-POSTECH מציגים את הפיתוח כצעד מעבר להנדסה גנטית בסיסית, לעבר מצב שבו תאים מתפקדים כ"מחשבים חיים". הכוונה אינה למחשב במובן האלקטרוני המוכר, אלא למערכת ביולוגית שמקבלת קלט, מעבדת אותו לפי כללים מוגדרים ומפיקה פלט בהתאם.

הגישה הזאת תופסת מקום מרכזי בשנים האחרונות במחקר, משום שהיא מבקשת לא רק לשנות גן אחד או להחדיר תכונה אחת, אלא לבנות מערכות ביולוגיות שיודעות לקבל החלטות. אם כיוון המחקר הזה ימשיך להתפתח, הוא עשוי להרחיב את היכולת לתכנן תאים שמגיבים באופן אוטונומי למצבים מורכבים בתוך הגוף או במערכות מעבדה.

הפלטפורמה החדשה ממקמת את הריבוזום במרכזו של דור חדש של מערכות בקרה תאיות, וממחישה כיצד רכיבים בסיסיים של התא יכולים לקבל תפקידים חדשים לחלוטין כאשר משלבים ביניהם הנדסה גנטית, RNA ותכנון לוגי של תגובות ביולוגיות.