來自斯洛文尼亞國家化學(xué)研究所的研究人員開發(fā)出一種新方法來調(diào)節(jié)人體細(xì)胞反應(yīng)，使細(xì)胞在數(shù)分鐘而非數(shù)小時內(nèi)對細(xì)胞外刺激作出反應(yīng)。作者認(rèn)為他們的系統(tǒng)可用于各種醫(yī)療應(yīng)用。細(xì)胞在大量結(jié)合的過程的基礎(chǔ)上起作用，以檢測和響應(yīng)不同的刺激。細(xì)胞反應(yīng)的控制在細(xì)胞療法中很重要，因為它可以提高其效率和安全性。合成生物學(xué)將細(xì)胞視為我們可以編輯和重新編程以滿足我們需求的機器或計算機。雖然基因工程的進(jìn)步已經(jīng)允許對生物和化學(xué)輸入的精確感知和程序化響應(yīng)，但直到最近，細(xì)胞內(nèi)信息處理的速度仍然具有挑戰(zhàn)性。來自斯洛文尼亞國家化學(xué)研究所的研究人員現(xiàn)在發(fā)表了一篇文章，他們報告說他們能夠在幾分鐘而不是幾小時內(nèi)檢測出響應(yīng)程序輸入的細(xì)胞。

博士 學(xué)生Tina Fink，發(fā)表在Nature Chemical Biology上的研究的主要作者說：“通常，生物回路基于基因表達(dá)調(diào)控。這意味著環(huán)境的任何輸入或變化首先導(dǎo)致基因從DNA到RNA的轉(zhuǎn)錄，以后RNA被翻譯成蛋白質(zhì)。這個過程可能需要幾個小時。另一方面，我們的系統(tǒng)基于已經(jīng)存在于細(xì)胞中的蛋白質(zhì)的處理，使我們能夠規(guī)避轉(zhuǎn)錄和翻譯的緩慢過程。“

控制蛋白質(zhì)的兩個重要過程自然界中的活性是蛋白質(zhì)裂解和蛋白質(zhì)組裝成更高級的復(fù)合物。例如，研究人員經(jīng)常使用熒光素酶蛋白分成兩部分，這兩部分可以相互作用，產(chǎn)生一種功能性復(fù)合物，催化產(chǎn)生光的反應(yīng)。項目負(fù)責(zé)人兼合成生物學(xué)和免疫學(xué)系主任Roman Jerala博士說：“我們的團隊使用蛋白酶(在特定位置切割其他蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì))并將它們與卷曲線圈結(jié)合起來，卷曲線圈作為一種分子拉鏈并且允許受控的蛋白質(zhì)偶聯(lián)。修飾蛋白酶，使它們僅在存在確定的化學(xué)信號或光的情況下才變得活躍。蛋白酶的作用誘導(dǎo)切割，反過來，可以通過光測量來檢測靶蛋白的重排和信息的正確處理。通過這種方式，我們可以打開和關(guān)閉蛋白質(zhì)的活動。“

盡管所有實驗都將光發(fā)射測量為功能輸出，但該研究的最終目標(biāo)是控制醫(yī)學(xué)上重要的蛋白質(zhì)的分泌，例如胰島素或參與防御病原體或凝血級聯(lián)的蛋白質(zhì)。JanLonzari?博士與Tina Fink分享第一作者，目前在麻省理工學(xué)院擔(dān)任博士后研究員，他表示，在反應(yīng)速度之后，該系統(tǒng)的下一個最重要的特性是能夠設(shè)計平行或順序反應(yīng)，如邏輯門和級聯(lián)。“我們用來控制蛋白質(zhì)組裝的蛋白酶也可以用同樣的方式控制，只需使用另一種蛋白酶。我們成功地展示了三層級聯(lián)和邏輯門，允許對各種輸入的組合進(jìn)行編程響應(yīng)。

該項目在“ 自然 - 化學(xué)生物學(xué) ”雜志上發(fā)表，最初由斯洛文尼亞iGEM團隊于2016年構(gòu)思。參加國際基因工程機械競賽的學(xué)生在Jerala及其團隊的指導(dǎo)下設(shè)計了一個初步概念對于系統(tǒng)。“該項目使我們在2016年iGEM競賽的基礎(chǔ)進(jìn)展軌道上獲得第一名，但我們的目標(biāo)是繼續(xù)開發(fā)這一初始概念，并最終發(fā)布它，需要進(jìn)行大量的額外研究。” Arne Praznik說，他在iGEM之后加入了合成生物學(xué)和免疫學(xué)系，繼續(xù)攻讀該項目的博士學(xué)位。學(xué)生。

在斯洛文尼亞團隊的研究發(fā)表前幾周，加州理工學(xué)院的另一個團體在“ 科學(xué) ”雜志上發(fā)表了一篇論文，該論文還在蛋白酶的幫助下探討了人體細(xì)胞的活化。Lonzari?認(rèn)為，來自不同大學(xué)和研究所的同時出版物證明“我們已經(jīng)解決了一個重要問題，并找到了一個強有力的解決方案”，而Jerala補充說，“這兩種設(shè)計之間的差異使我們的系統(tǒng)更快，更容易在不同的細(xì)胞類型中使用。 “