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利用蛋白质逻辑门将细胞转变为计算机

现在,可以使用允许计算机运行的相同基本工具在分子水平上控制生命。这些进展对未来的药物和合成生物学有影响。

华盛顿大学医学院领导的研究小组在4月2日的《科学》杂志上作了报道,他们创造了人造蛋白质,它们起着分子逻辑门的作用。这些工具,就像它们的电子副本一样,可用于对更复杂的系统的行为进行编程。

研究小组表明,新的设计蛋白可以调节人T细胞内的基因表达。这种发展可能会提高未来基于细胞的疗法的安全性和耐用性。

“生物工程师以前曾利用DNA,RNA和修饰的天然蛋白质制造逻辑门,但这些都不是理想的。我们从头设计的蛋白质构建的逻辑门具有更高的模块化和通用性,可用于广泛的生物医学应用威斯康星大学医学院生物化学教授,蛋白质设计研究所所长戴维·贝克说。

不管是电子的还是生物的,逻辑门都以预定的方式感应和响应信号。最简单的一种是AND门;仅当一个输入和另一个输入同时存在时,它才产生输出。

该图形表比较了当不存在输入,仅存在A或B以及同时存在A和B时电子和蛋白质与逻辑门的响应方式。图片提供:威斯康星大学医学研究所蛋白质设计

例如,在键盘上打字时,按Shift键和A键会产生一个大写字母A。由生物零件制成的逻辑门旨在将这种控制级别带入生物工程系统中。

正确的门在活细胞内部运行时,输入信号(例如存在两种不同的分子,或者一个分子而不是另一个分子)会导致细胞产生特定的输出,例如激活或抑制基因。

“整个Apollo 11制导计算机都是由电子或非门构建而成的,”第一作者,最近在西澳大学研究生的Zibo Chen说。“我们成功地制造了基于蛋白质的NOR 门。它们不像NASA的制导计算机那么复杂,但是仍然是从头开始对复杂的生物电路进行编程的关键一步。”

在抗击癌症中招募患者自身的免疫细胞已对某些形式的疾病起作用。尽管如此,用这种所谓的CAR-T细胞疗法靶向实体瘤已被证明具有挑战性。

科学家认为部分原因与T细胞衰竭有关。转基因的T细胞在停止工作之前只能战斗很长时间。可能有解决方法。随着蛋白 逻辑门,为疲惫的信号做出反应,从华盛顿大学医学院的研究小组希望延长CAR T细胞的活性。

Chen说:“为每个患者更好地编程的长寿T 细胞将意味着更有效的个性化药物。”

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