Science用蛋白质逻辑门把细胞变成计算机

　　4月2日发表在《Science》杂志上的一篇报道称，由华盛顿大学医学院（UniversityofWashingtonSchoolofMedicine）领导的一个研究小组创造了具有分子逻辑门功能的人造蛋白质。这些工具，就像它们的电子对应物一样，可以用来对更复杂的系统的行为进行编程。
　　研究小组表明，这种新设计的蛋白质可以调节人类T细胞内的基因表达。这一发展可能会提高未来细胞疗法的安全性和持久性。
　　生物工程师以前曾用DNA、RNA和修饰过的天然蛋白质制造出逻辑门，但这些都远非理想。“我们的逻辑门是由新设计的蛋白质构建而成的，它更模块化、更多功能，可以用于广泛的生物医学应用，”该研究的作者、华盛顿大学医学院生物化学教授、蛋白质设计研究所所长DavidBaker说。
　　无论是电子的还是生物的，逻辑门都以预先确定的方式感知和响应信号。其中最简单的一个是AND门；它只在一个输入和另一个输入同时存在时才产生输出。
　　图片来源：华盛顿大学蛋白质设计医学研究所
　　这个图表比较了当没有输入存在，当只有A或B存在，当A和B都存在时，电子门和蛋白质逻辑门的反应。
　　例如，在键盘上打字时，按下Shift键和a键会产生一个大写字母A。由生物部件制成的逻辑门旨在将这种控制水平引入生物工程系统。
　　当正确的门在活细胞内工作时，输入（诸如存在两种不同的分子或者存在一种而不是另一种分子）可以使细胞产生特定的输出，如激活或抑制一个基因。
　　图片来源：UWMedicineInstituteforProteinDesign
　　含有蛋白质AND门的活细胞的概念图，设计这个门用来检测多种生物发光信号变。允许计算机工作的基本工具现在也被用于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都有意义。
　　“整个阿波罗11号制导计算机都是用电子NOR门制造的，”该研究的第一作者、华盛顿大学最近的研究生ZiboChen说。“我们成功地制造了以蛋白质为基础的NOR门。它们不像NASA的导航计算机那样复杂，但却都是从零开始设计复杂生物电路的关键一步。”
　　招募患者自身的免疫细胞来对抗癌症已经对某些疾病起到了作用。尽管如此，这种所谓的CART细胞治疗方法对实体肿瘤的靶向治疗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。经过基因改造的T细胞在停止工作之前只能作战这么长时间。现在可能有办法解决这个问题。华盛顿大学医学院的研究小组希望利用蛋白质逻辑门来响应疲劳信号，从而延长CART细胞的活性。
　　Chen说：“对每个病人来说，T细胞活得越久越好，这就意味着更有效的个体化治疗。”
　　文献来源：
　　DScience（2020）。
　　https：science。sciencemag。orgcontent368648678
　　新闻报道来源：
　　https：phys。orgnews202004cellsproteinlogicgates。html
　　作者单位：UniversityofWashington
　　译文校稿：LuLu
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