ومع ذلك ، غالبًا ما يكون هناك وقت طويل بين حدث مثل اكتشاف جزيء والمخرجات الناتجة ، بسبب الوقت اللازم للخلايا لنسخ وترجمة الجينات الضرورية.
طور علماء الأحياء الاصطناعية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الآن نهجًا بديلاً لتصميم مثل هذه الدوائر ، والذي يعتمد حصريًا على تفاعلات البروتين البروتينية السريعة والقابلة للانعكاس. هذا يعني أنه لا يوجد انتظار لنسخ الجينات أو ترجمتها إلى بروتينات ، لذلك يمكن تشغيل الدوائر بشكل أسرع - في غضون ثوانٍ.
"لدينا الآن منهجية لتصميم تفاعلات البروتين التي تحدث في نطاق زمني سريع جدًا ، ولم يتمكن أحد من تطويره بشكل منهجي. يقول ديباك ميشرا ، باحث مشارك في قسم الهندسة البيولوجية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والمؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة ، "لقد وصلنا إلى نقطة القدرة على هندسة أي وظيفة في فترات زمنية لا تتجاوز بضع ثوانٍ أو أقل".
هذا النوع من الدارة الكهربائية قد يكون مفيدًا في إنشاء أجهزة استشعار بيئية أو تشخيصات يمكن أن تكشف عن حالات مرضية أو أحداث وشيكة مثل النوبة القلبية ، كما يقول الباحثون.
داخل الخلايا الحية ، تعد تفاعلات البروتين والبروتين خطوات أساسية في العديد من مسارات الإشارات ، بما في ذلك تلك التي تشارك في تنشيط الخلايا المناعية والاستجابات للهرمونات أو الإشارات الأخرى. تتضمن العديد من هذه التفاعلات بروتينًا واحدًا ينشط أو يعطل بروتينًا آخر عن طريق إضافة أو إزالة مجموعات كيميائية تسمى الفوسفات.
في هذه الدراسة ، استخدم الباحثون خلايا الخميرة لاستضافة دائرتهم وأنشأوا شبكة من 14 بروتينًا من الأنواع بما في ذلك الخميرة والبكتيريا والنباتات والبشر. قام الباحثون بتعديل هذه البروتينات حتى يتمكنوا من تنظيم بعضهم البعض في الشبكة لإنتاج إشارة استجابة لحدث معين.
تم تصميم شبكتهم ، وهي أول دائرة اصطناعية تتكون فقط من تفاعلات البروتين والبروتين الفسفرة / نزع الفسفرة ، كمفتاح تبديل - دائرة يمكنها التبديل بسرعة وعكس بين حالتين مستقرتين ، مما يسمح لها "بتذكر" حدث معين مثل التعرض لمادة كيميائية معينة. في هذه الحالة ، يكون الهدف هو السوربيتول ، وهو سكر كحول موجود في العديد من الفواكه.
بمجرد اكتشاف السوربيتول ، تخزن الخلية ذاكرة التعرض ، في شكل بروتين فلوري موضعي في النواة. يتم نقل هذه الذاكرة أيضًا إلى الأجيال الخلوية المستقبلية. يمكن أيضًا إعادة ضبط الدائرة عن طريق تعريضها لجزيء مختلف ، في هذه الحالة ، مادة كيميائية تسمى isopentenyl adenine.
يمكن أيضًا برمجة هذه الشبكات لأداء وظائف أخرى استجابة لمدخل. لإثبات ذلك ، صمم الباحثون أيضًا دائرة تعمل على إيقاف قدرة الخلايا على الانقسام بعد اكتشاف السوربيتول.
باستخدام مصفوفات كبيرة من هذه الخلايا ، يمكن للباحثين إنشاء مستشعرات فائقة الحساسية تستجيب لتركيزات الجزيء المستهدف منخفضة تصل إلى أجزاء في المليار. وبسبب التفاعلات السريعة للبروتين والبروتين ، يمكن تشغيل الإشارة في أقل من ثانية واحدة. مع الدوائر الاصطناعية التقليدية ، قد يستغرق الأمر ساعات أو حتى أيامًا لرؤية الناتج.