活细胞定制电路

加州理工学院的一个研究小组开发了一种蛋白质生物工具包，可以用不同的方式组装在一起，如乐高积木，用于编程细胞中的新行为。作为一个概念验证，他们设计并构建了一个可以添加到实验室培养皿中生长的人体细胞的电路，检测细胞中是否激活了致癌基因，如果是这样，导致细胞自我 - 破坏。

这项研究是在生物学和生物工程学教授Michael Elowitz以及Howard Hughes医学研究所的研究人员的实验室完成的。一篇描述这项工作的论文刊登在9月21日出版的“科学”杂志上。

合成生物学是研究如何设计细胞以赋予它们新的功能，从简单的任务，如定期眨眼和更复杂的程序，如检测和响应疾病状态。通常，这是通过编辑细胞的基因组来完成的，产生永久性修饰，当细胞复制时它会传递下去。根据Elowitz的说法，合成生物学的一个主要目标是将这种范式转向较少遗传永久性的解决方案。就像使用可移动胶带而不是超级胶水一样，目的是开发治疗性“电路”“这可以实施，执行功能，然后一旦服务目的就消失了。理想情况下，这些将是高度针对性的;不是不加选择地影响所有细胞，治疗电路可以检测细胞水平何时出现问题并相应地修复它。

现在，由博士后研究员高晓静和研究生Lucy Chong领导，加州理工学院的研究人员开发出一套蛋白质构建模块，可以将各种组合方式组合在一起，生成能够感知环境并采取相应行动的电路。以同样的方式将电子晶体管连接在一起以创建各种电路，生成从定时器到计算机的各种设备，该工具包的组件可以以不同的方式组合以产生从逻辑计算到信号的各种功能。处理，最终创建诊断和响应特定细胞条件的系统。

作为这种电路未来潜力的证明，该团队制作了一个可以在实验室培养皿中检测细胞是否携带癌基因的细胞，如果是，则将其破坏。对于“正常”电池，该电路将是无害的。

“生物医学面临的最大挑战之一就是特异性：你如何制造一种仅影响特定细胞类型的治疗药物呢?那么，你如何以非常特殊的方式修改细胞?”Elowitz说。“这些任务对于药物来说是具有挑战性的，但是生物循环可以对它们有所帮助。蛋白质回路可以被编程为感知许多类型的信息，处理它们，并以不同的方式作出反应。事实上，我们的细胞通常工作的原因与它们一样好。我们的天然生物电路具有令人难以置信的强大功能。“

“这项工作仅仅是原理的证明，我们尚未在动物身上证明这些功能，”高说。“然而，这个框架可以帮助我们过渡到使用可编程的，基于细胞的疗法作为药物。”

“在蛋白质工程方面已经做了很多工作，但这是我们第一次设计出以相似的方式调节或相互作用的蛋白质，这使得它们可以组合成有用的构建模块，”Chong说。 。

该论文的标题是“活细胞中的可编程蛋白质回路”。