עם זאת, לעיתים קרובות יש זמן פיגור ארוך בין אירוע כמו גילוי מולקולה לבין התפוקה המתקבלת, בגלל הזמן הדרוש לתאים לתעתק ולתרגם את הגנים הדרושים.
ביולוגים סינתטיים של MIT פיתחו כעת גישה אלטרנטיבית לתכנון מעגלים כאלה, הנשענת אך ורק על אינטראקציות מהירות והפיכות של חלבון. משמעות הדבר היא שאין המתנה לתעתיק או לתרגום של גנים לחלבונים, כך שניתן להפעיל מעגלים הרבה יותר מהר - תוך שניות.
"כעת יש לנו מתודולוגיה לעיצוב אינטראקציות בין חלבונים המתרחשות בלוח זמנים מהיר מאוד, שאיש לא הצליח לפתח באופן שיטתי. אנו מגיעים לנקודה שבה אנו יכולים לתכנן כל פונקציה במועדי זמן של כמה שניות או פחות ", אומר דיפאק מישרה, מקורב מחלקה להנדסה ביולוגית של MIT והמחבר הראשי של המחקר החדש.
הסוג הזה של מעגל החוקרים אומרים כי הם יכולים להיות שימושיים ליצירת חיישנים או אבחון סביבתי העלולים לחשוף מצבי מחלה או אירועים קרובים כמו התקף לב.
בתוך תאים חיים, אינטראקציות בין חלבון לחלבון הן צעדים חיוניים במסלולי איתות רבים, כולל אלה המעורבים בהפעלת תאי החיסון ותגובות להורמונים או לאותות אחרים. רבות מהאינטראקציות הללו כוללות חלבון אחד שמפעיל או משבית חלבון אחר על ידי הוספה או הסרה של קבוצות כימיות הנקראות פוספטים.
במחקר זה החוקרים השתמשו בתאי שמרים כדי לארח את המעגל שלהם ויצרו רשת של 14 חלבונים ממינים הכוללים שמרים, חיידקים, צמחים ובני אדם. החוקרים שינו את החלבונים הללו כדי שיוכלו לווסת זה את זה ברשת כדי להניב אות בתגובה לאירוע מסוים.
הרשת שלהם, המעגל הסינתטי הראשון המורכב אך ורק מאינטראקציות בין זרחון / דה-זרחון לחלבון, מתוכננת כמתג החלפה - מעגל שיכול לעבור במהירות ובאופן הפיך בין שני מצבים יציבים, ומאפשר לו "לזכור" אירוע ספציפי כגון חשיפה לחומר כימי מסוים. במקרה זה, המטרה היא סורביטול, אלכוהול סוכר המצוי בפירות רבים.
ברגע שמתגלה סורביטול, התא מאחסן זיכרון של החשיפה, בצורת חלבון פלואורסצנטי הממוקם בגרעין. זיכרון זה מועבר גם לדורות התאים הבאים. ניתן לאפס את המעגל גם על ידי חשיפתו למולקולה אחרת, במקרה זה, כימיקל הנקרא איזופנטניל אדנין.
ניתן לתכנת רשתות אלה גם לבצע פונקציות אחרות בתגובה לקלט. כדי להדגים זאת, החוקרים תכננו גם מעגל המכבה את יכולת החלוקה של התאים לאחר גילוי הסורביטול.
על ידי שימוש במערכים גדולים של תאים אלו, החוקרים יכולים ליצור חיישנים אולטרא-רגישים המגיבים לריכוזים של מולקולת היעד הנמוכה לחלקים למיליארד. ובגלל האינטראקציות המהירות בין חלבון לחלבון, ניתן להפעיל את האות תוך שנייה אחת בלבד. עם מעגלים סינתטיים מסורתיים, זה יכול לקחת שעות ואפילו ימים לראות את התפוקה.