莱斯大学的科学家开发出合成蛋白质开关来控制电子的流动。
在合成生物学家Joff Silberg的Rice实验室中制造的概念验证，含金属的蛋白质在引入一种化学物质时在细胞内表达，并且由另一种化学物质在功能上激活。如果将蛋白质放入细胞中，可以简单地打开和关闭蛋白质。
“这不是开关的隐喻，它是由蛋白质构建的字面电子开关，”Silberg说。
这些蛋白质可以促进下一代生物电子学，包括模拟其电子对应物的细胞内的完整生物电路。可能的应用包括活体传感器，用于化学合成的电子控制代谢途径和感知其环境并仅在需要时释放药物的活性药丸。
这项工作出现在Nature Chemical Biology。“生物学非常擅长传感分子，”生物科学和生物工程学教授西尔伯格说。“这是一个了不起的事情。想想细胞是多么复杂，以及蛋白质是如何进化的，它可以响应信息海洋中的单一提示。我们希望利用这种精湛的能力建立更精细的生物分子，并利用它们来开发有用的合成物质生物技术。“
赖斯队利用了这些与生俱来的能力。系统，合成和物理生物学研究生和主要作者Josh Atkinson表示，“移动电子的天然蛋白质或多或少地作为总是存在的电线。” “如果我们能够开启和关闭这些途径，我们就能让细胞更有效地运作。”
西尔伯格说，赖斯的金属蛋白质开关 - 所谓的铁含量 - 很快。自然通常通过使用遗传机制来控制蛋白质“电线”的产生来控制电子流动。
“这都是转录，”他说。“即使在快速生长的大肠杆菌中，它也需要几分钟。相比之下，蛋白质开关在几秒钟的时间范围内起作用。”
为了实现切换 - 它们在合成电子传递途径中使用 - 研究人员需要一种稳定的蛋白质，可以沿其肽骨架可靠地分裂，以允许插入完成或破坏电路的蛋白质片段。他们以铁氧还蛋白为基础，铁蛋白是一种常见的铁硫蛋白，可在生命的各个领域介导电子转移。
Atkinson构建了嵌入大肠杆菌中的开关，可以在存在(或不存在)4-羟基三苯氧胺(一种用于对抗乳腺癌和其他癌症的雌激素受体调节剂)或双酚A(BPA)的情况下开启。塑料中使用的化学品。
他们的大肠杆菌是一种突变菌株，只有当铁氧还蛋白电子传递链的所有成分 - 包括电子供体和受体蛋白 - 被表达时，它才能在硫酸盐培养基中生长。这样，只有开关打开并按计划传输电子，细菌才会生长。
Silberg表示，这一发现应该为许多应用带来定制设计的开关，包括与外部电子设备的接触。“这就是为什么我们对这种生物电子学的想法如此强烈，因为合成生物学正在形成的整个领域能够更好地控制设计，”他说。“一旦你能够将其标准化，我们可以用细胞构建各种各样的东西。”
这可能包括仅根据需要释放药物的智能药丸，或报告病情的肠道生物群检测器。或者也许电路完全包含在电池内。
“我们已经可以将很多电气工程师用电容器和电阻器做的代码映射到新陈代谢上，但直到现在，还没有开关，”Silberg说。
他建议多个开关也可以将一个细胞变成一个生物处理器。“然后我们可以在细胞中看到数字并行处理，”他说。“它改变了我们看待生物学的方式。”