A sejtek tulajdonképpen apró számítógépek, hiszen bennük is a bemenő információk határozzák meg a reakciókat. Ha például teleesszük magunkat a húsvétra kapott csokival, vércukorszintünk megugrik, mire hasnyálmirigyünk sejtjei elkezdenek több inzulint termelni.
A celluláris számítógép azonban jóval több mint egy jól illeszkedő metafora: az utóbbi évtizedekben egyre többen dolgoznak azon, hogy a sejtek természetes algoritmusait meghackelve beleszóljanak azok belső folyamataiba. Egy nemrég megjelent tanulmány szerzői például arról számolnak be, hogy úgy programoztak át emberi sejteket, hogy azok 109 különböző logikai utasításnak képes engedelmeskedni. További fejlesztéssel elérhető lehet, hogy az így módosított sejtek specifikus körülményekre reagáljanak, például fertőzéseket támadjanak meg újfajta módokon vagy olyan fontos kémiai anyagokat termeljenek, amelyek előállítására alapvetően nem lennének képesek.
A Bostoni Egyetem kutatói DNS-rekombinázok révén vették rá sejtjeiket a feladatok végrehajtására. Ezek a DNS vágására, összekeverésére és a szabad végek összeillesztésére is képesek. Vagyis ha egy ilyen enzim valamilyen hatásra aktiválódik, képes felismerni és megváltoztatni a DNS-t kiiktatva vagy éppen fokozva egy adott fehérje termelődését.
A módszerrel egy sejtből például úgynevezett NEM logikai kapu hozható létre, amelynek lényege, hogy adott bemeneti jelre válaszul a rendszer nem végez el egy alapműködéshez tartozó feladatot. Jelen esetben a sejtek alaphelyzetben egy fluoreszcens fehérjét termeltek, amelytől kék színben világítottak. Ha azonban bennük aktiválódott egy specifikus DNS-rekombináz, akkor nem kezdtek világítani, mert az enzim kiiktatta a fluoreszcens fehérjét kódoló részt a genomból. A szakértők által létrehozott sejtek ennél bonyolultabb utasításoknak is engedelmeskedni tudtak, vagyis arra is képesek voltak, hogy több feltétel együttes jelenléte eredményeként kezdjenek világítani vagy éppen nem világítani.
A fejlesztők szerint az ilyen sejtek egy sor hasznos dologra alkalmazhatók lehetnek. Például elképzelhetők olyan változataik, amelyeket bizonyos betegségekre jellemző fehérjék aktiválnak, így ha világítani kezdenek egy vérmintájába keverve, jelzik, hogy a minta eredeti tulajdonosa beteg. Ez számos esetben sokkal olcsóbb diagnosztizálást tenne lehetővé, mint a jelenlegi vérvizsgálati módszerek.
A gyógyszercégek hasonló módszereket alkalmaznak, amikor immunsejteket alakítanak át a rákos sejtek levadászására. A tumorsejtek sajátos biológiai ujjlenyomattal, speciális membránfehérjékkel és más molekulákkal rendelkeznek, amelyeket a módosított immunsejtek felismernek, és így célzottan tudják támadni a sejteket. Ha azonban összetettebb logikai kapukat építenének a szakértők az immunsejtekbe, a tumorsejtek elpusztítása még precízebb és ellenőrzöttebb módon mehetne végbe.
A progamozható sejteknek ugyanakkor másfajta hasznuk is lehet. Napjainkban már számos cég használ módosított penészgombákat vagy baktériumokat a különböző kémiai anyagok előállítására. Egy bostoni vállalat, a Ginkgo Bioworks például illatanyagokat állít elő a módszerrel. Penészgombáik cukrot esznek, abból azonban nem alkoholt, hanem aromás molekulákat állítanak elő.
Az illatgyár miniatűr munkásai azonban közel sem tökéletesek: osztódás közben hajlamosak megváltozni, és adott számú osztódás után már garantáltan nem azt termelik meg végeredményként, amit a kutatók előre elterveztek. A programozás révén azonban megoldható lenne, hogy ha túl sokat mutálódott egy utódsejt, és már nem képes a kívánt anyag gyártására, magától megsemmisüljön, megelőzve azt, hogy néhány megváltozott sejt elrontsa a teljes „termést”.
Bár a bostoni csapat nem az első, aki biológiai logikai kapukat hozott létre, eddig még soha senki nem volt ennyire sikeres ebben. A megtervezett 113 kapuból 109 működőképesnek bizonyult, ami óriási eredmény ebben a műfajban. A következő lépés annak tesztelése lesz, hogy az egyszer már bevált kapuk mennyire működnek más típusú testi sejtekben.
Ez nem lesz egyszerű, mert a géneknek nincsenek egyértelmű ki- és bekapcsoló gombjaik. Néha könnyű úgy megváltoztatni a DNS-t, hogy egy fehérje termelődése megszűnjön, máskor viszont kiderül, hogy a proteint más szakaszok is kódolják, amiket szintén le kell zárni. 3 milliárd évnyi evolúció bugmentesítése pedig nem könnyű feladat.
