การปรับกิจกรรมของโปรตีนหนึ่งชนิดอาจช่วยป้องกันโรคภูมิต้านตนเองได้ 10 โรค
โปรตีน tyrosine kinase 2 หรือ TYK2 ช่วยควบคุมว่าระบบภูมิคุ้มกันของร่างกาย 20รับ100 ตอบสนองต่อภัยคุกคามได้ดีเพียงใด
นักวิจัยพบว่าตัวแปรทางพันธุกรรมตัวหนึ่งในยีนที่กำหนดรหัสสำหรับโปรตีน TYK2 ได้โดยใช้ข้อมูลทางพันธุกรรมมากกว่า 36, 000 คนที่ป้องกันโรคต่างๆ ที่ทำให้ระบบภูมิคุ้มกันโจมตีร่างกายได้ ตัวแปรเปลี่ยนกรดอะมิโนหนึ่งตัวในโปรตีน นักวิจัยรายงานวันที่ 2 พฤศจิกายนในScience Translational Medicineผลก็คือ กิจกรรมของโปรตีนลดลงอย่างมาก แต่ยังไม่สามารถกำจัดได้ทั้งหมด
นักวิจัยกล่าวว่าตัวแปรดังกล่าวมีความสมดุลระหว่างการทำให้ระบบภูมิคุ้มกันบกพร่องและป้องกันปฏิกิริยาตอบสนองที่นำไปสู่โรคปลอกประสาทเสื่อมแข็ง โรคโครห์น และโรคภูมิต้านตนเองอื่นๆ ยาใหม่ที่ลดกิจกรรมของ TYK2 จะต้องมีความแม่นยำเหมือน Goldilocks แต่ถ้าสามารถพัฒนายาดังกล่าวได้ ก็อาจพิสูจน์ได้ว่ามีประโยชน์ต่อโรคต่างๆ มากมาย
ข้ามแม่น้ำชาร์ลส์จากแปะก๊วย บนชั้นสองของอาคารเทคโนโลยีชีวภาพแวววาว เป็นศูนย์กลางสำคัญแห่งหนึ่งที่เปลี่ยนชิ้นส่วนทางชีววิทยาให้เป็นเครื่องจักรที่ล้ำสมัย นี่คือศูนย์ชีววิทยาสังเคราะห์ของ MIT การเป็น MIT นั้นเต็มไปด้วยวิศวกรที่มีวิธีคิดเกี่ยวกับการเขียนโปรแกรมที่แปลกใหม่และสร้างสรรค์ แม้ว่าการเขียนโปรแกรมนั้นจะเกี่ยวข้องกับวงจรที่ใช้ DNA มากกว่าวงจรไฟฟ้าก็ตาม
คนจรจัดคนหนึ่งคือคริสโตเฟอร์ โวอิกต์ ซึ่งใบหน้ากลมและท่าทางสบายๆ ไม่เชื่อว่าเขาสั่งสิ่งมีชีวิตให้ทำตามคำสั่งของเขา Voigt อดีตโปรแกรมเมอร์คอมพิวเตอร์ เข้าสู่ชีววิทยาสังเคราะห์เพราะเขาเห็นว่านี่เป็นพรมแดนสุดท้าย “ความสามารถในการเขียนภาษาที่โปรแกรมE. coliดำเนินการชุดปฏิบัติการเป็นปัญหาที่ท้าทายที่สุด” เขากล่าว
ในตอนแรก ยังไม่ชัดเจนว่าความฝันของการเขียนโปรแกรมชีวิตจะเป็นไปได้ ในยุค 2000 ส่วนใหญ่ ชีววิทยาสังเคราะห์ได้ต่อสู้เพื่อชื่อเสียงว่าเป็นเพียงกลอุบายในห้องนั่งเล่น นักศึกษาที่ทำงานในทีม iGEM ได้ออกแบบโปรเจ็กต์พิสูจน์หลักการที่น่ารัก เช่น วิศวกรรมE. coliเพื่อทำให้ “ภาพถ่ายแบคทีเรีย” มืดลง หรือให้กลิ่นเหมือนต้นฤดูหนาวหรือกล้วย ดูเหมือนว่านักวิทยาศาสตร์กำลังเชื่อมต่อและเชื่อมต่อส่วนต่างๆ ทางชีววิทยาอีกครั้ง แต่ไม่ใช่ในทางที่ลึกซึ้งหรือมีประโยชน์อย่างแท้จริง
กระบวนทัศน์นั้นกำลังเริ่มเปลี่ยนไป
Voigt กล่าวในขณะที่นักวิจัยพัฒนาชิ้นส่วนที่เชื่อถือได้มากขึ้นและที่สำคัญยิ่งมีหลายวิธีที่จะเชื่อมโยงเข้าด้วยกัน แทนที่จะใช้ชิ้นส่วนและวงจรเดิมซ้ำแล้วซ้ำอีก โปรแกรมเมอร์อย่างเขามีการออกแบบที่ซับซ้อนกว่ามาก “เรากำลังจะถึงจุดเปลี่ยน” เขากล่าว “ในที่สุด.”
ตัวอย่างเช่น ในปี 2555 กลุ่มวิจัยของ Voigt รายงานว่าได้สร้างเส้นทางหลักขึ้นใหม่โดยที่แบคทีเรียเปลี่ยนไนโตรเจนในบรรยากาศเป็นแอมโมเนีย โดยการเปลี่ยนชิ้นส่วนธรรมชาติด้วยชิ้นส่วนสังเคราะห์ นักวิทยาศาสตร์ได้ปรับเปลี่ยนโปรแกรมพันธุกรรมที่นำทางงานเป็นหลัก ระบบนี้เกี่ยวข้องกับส่วนประกอบทางชีววิทยา 94 ส่วน ซึ่งเป็นระดับของวิศวกรรมที่ไม่เคยได้ยินมาจนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ Voigt กล่าว
ก้าวไปอีกขั้นกับการออกแบบดั้งเดิม Voigt และเพื่อนร่วมงานของเขาเพิ่งสร้างวงจรพันธุกรรมสังเคราะห์ที่ใหญ่ที่สุดจนถึงปัจจุบัน ตามที่อธิบายไว้ในNatureในเดือนพฤศจิกายน มันเกี่ยวข้องกับเซ็นเซอร์สี่ตัว ซึ่งแต่ละตัวสามารถตรวจจับอินพุตเฉพาะจากสภาพแวดล้อมได้ เซ็นเซอร์ตัวหนึ่งอาจตรวจจับระดับออกซิเจนในเซลล์ เช่น ในขณะที่ตัวที่สองดมกลิ่นกลูโคส การรวมอินพุตเหล่านั้นเข้ากับข้อมูลอื่นๆ จะทำให้เซลล์ตัดสินใจว่าจะดำเนินการใดโดยเฉพาะหรือไม่
Voigt และเพื่อนร่วมงานของเขาหวังว่าจะใช้วงจรประเภทนี้ในถังหมักอุตสาหกรรม เพื่อให้แบคทีเรียภายในถังสามารถรับรู้ได้หลายวิธีว่าสภาพแวดล้อมเปลี่ยนแปลงและปรับกิจกรรมตามนั้น Voigt กล่าวว่า “วงจรพื้นฐานบางส่วนถูกนำมาใช้ในเทคโนโลยีชีวภาพแล้ว เพื่อเปิดการผลิตโปรตีนให้ได้มากที่สุด “แต่หากคุณกำลังพยายามทำวัสดุหรือสารเคมี เช่น ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติ นั่นต้องอาศัยความซับซ้อนมากขึ้นในแง่ของเวลาเมื่อสิ่งต่าง ๆ เกิดขึ้น”
ประกอบวงจรให้เพียงพอและตั้งโปรแกรมให้ถูกวิธี แล้วชีววิทยาสังเคราะห์ก็จะกลายเป็นเรื่องส่วนตัวมากขึ้นในไม่ช้า เหมือนกับที่คอมพิวเตอร์เครื่องเก่าที่สุดยอมเปิดทางให้ iPhone ในกระเป๋าหลังของคุณ เซลล์ของนักออกแบบอาจกลายเป็นส่วนหนึ่งในชีวิตประจำวันของคุณ พวกเขาอาจจะเดินผ่านเส้นเลือดของคุณ – ถ้า Ron Weiss มีวิธีของเขา
Weiss ทำงานอยู่ที่โถงทางเดินจาก Voigt ที่ MIT เขาเริ่มต้นอาชีพนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาด้วยวิธีปกติโดยใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์เพื่อจำลองการเปลี่ยนแปลงทางชีววิทยาในตัวอ่อนที่กำลังพัฒนา แต่แล้วบางอย่างก็ดังขึ้นในสมองของเขา “ฉันจำวันที่ฉันคิดได้ ให้ฉันพลิกดู” เขากล่าว “ลองดูสิ่งที่ฉันรู้ในการคำนวณและทำความเข้าใจว่าฉันจะเขียนโปรแกรมชีววิทยาได้อย่างไร” จากนั้นที่ปรึกษาของเขาบอกว่าเขาใกล้จะรับปริญญาเอกมากเกินไป เพื่อเริ่มลงไปสู่เส้นทางที่บ้าคลั่งดังกล่าว 20รับ100
