Tulevikuarvuti hakkab iseseisvalt haigusi diagnoosima

Foto: SCANPIX.

Biomolekulaarne arvuti on võimeline iseseisvalt tajuma inimese erinevaid haigustunnuseid ning haigusi ka diagnoosima ja neile ravi määrama, kirjutab Tartu Ülikooli teadusuudiste portaal Novaator.ee.

Tulevikus suudavad inimese kehasse siirdatud nanoarvutid inimkeha iseseisvalt skaneerides leida haiguse indikaatoreid, haigusi diagnoosida ning kontrollida sobilike ravimite väljastamist.

Kuigi selle stsenaariumi teostumine võtab veel ilmselt aastakümneid, on teadlased juba praegu teinud esimeste biomolekulaarsete arvutite arendamisel märkimisväärseid edusamme.

Ajakirjas Nano Letters avaldatud artiklis kirjutab Iisraeli Weizmanni instituudi arvutiteaduste professor Ehud Shapiro koos kaasautoritega nende loodud biomolekulaarsest arvutist, mis suudab iseseisvalt tajuda mitmeid eri tüüpi molekule korraga.

Tulevikus kavatsetakse see tajumisvõime integreerida tohutu hulga haiguste kohta olemasolevate bioloogiliste teadmistega, et võimaldada arvutitel otsustada, milliseid ravimeid väljastada.

Artikli kaasautori Binyamin Gili sõnul kujutavad nad ette, et tulevikus liiguvad mööda meie keha ringi varajases staadiumis haigusi otsivad nanoseadmed. Neid saab viia vereringesse, kuid nad võivad tegutseda ka konkreetse elundi või koe rakkudes ning neid saab kasutada haiguste ennetamiseks.

Teadlaste arendustöö tugineb varasemale biomolekulaarsele arvutile, mis koosneb bioloogilistest koostisosadest (DNAst ja restriktsiooniensüümist) loodud kahe olekuga süsteemist.

Katseklaasis kunstlikult loodud ja kindlalt määratletud tingimustes töötav arvuti alustab tööd jah-olekus. Iga arvutusega kontrollib see üht haiguse indikaatorit.

Kõigi testitud haiguse indikaatorite leidumise korral lõppeb arvutamine jah-olekus ehk arvuti paneb haigusele positiivse diagnoosi. Vähemalt ühe indikaatori puudumise korral lõpetab arvuti ei-olekus.

Varem on Shapiro rühm näidanud, et nende biomolekulaarne arvuti suudab avastada haiguse indikaatoreid mRNA ekspressioonitasemete ja mutatsioonide põhjal. Informatsiooni-RNA ehk mRNA on RNA, mille molekulilt toimub translatsioon: selle nukleotiidijärjestuse põhjal sünteesitakse polüpeptiid.

Käesolevas uurimistöös on teadlased aga arvuti haaret  laiendanud ning see suudab haiguse indikaatoreid avastada ka miRNAst, proteiinidest ja väikestest molekulidest, näiteks ATPst, mis on kõigi rakkude metabolismis osalev universaalne energia talletaja ja ülekandja.

MikroRNA ehk miRNA on RNA tüüp, mis on seotud geenide aktiivsuse reguleerimisega.

Vaatamata laienenud haardele kasutab arvuti haiguste jälitamiseks varasemast lihtsamat meetodit, mis vajab vähem koostisosi ja vastasmõjusid haiguse indikaatoritega.

Teadlaste selgituste järgi on mitmete haiguse indikaatorite kombinatsiooni tajumine ühe indikaatori tajumisest palju kasulikum, sest see võimaldab suuremat täpsust ja tundlikkust haiguste erinevuste suhtes.

Näiteks kilpnäärmevähi korral võimaldab nii proteiini türeoglobuliin kui hormooni kaltsitoniin avastamine panna palju usaldusväärsema diagnoosi võrreldes sellega, kui oleks avastatud ainult ühe olemasolu.

Kuigi võime avastada mitmeid haiguse indikaatoreid korraga tähistab olulist sammu elusorganismis töötavate biomolekulaarsete arvutite ja programmeeritavate ravimite suunas, tuleb teadlastel selleks veel mitmeid takistusi ületada.

Gili sõnul on nende jaoks suurimaks väljakutseks selliste arvutite töösse rakendamine elavas keskkonnas, näiteks vereringes või raku tsütoplasmas.