ただし、細胞が必要な遺伝子を転写および翻訳するのに時間がかかるため、分子の検出などのイベントと結果の出力の間には長い遅延時間がかかることがよくあります。
MITの合成生物学者は、このような回路を設計するための代替アプローチを開発しました。これは、高速で可逆的なタンパク質間相互作用のみに依存しています。 これは、遺伝子がタンパク質に転写または翻訳されるのを待つ必要がないことを意味します。そのため、回路をはるかに高速に、数秒以内にオンにすることができます。
「私たちは今、非常に速いタイムスケールで発生するタンパク質相互作用を設計するための方法論を持っていますが、これは誰も体系的に開発することができませんでした。 数秒以内のタイムスケールで任意の機能を設計できるようになりました」とMITの生物工学科の研究員で新しい研究の筆頭著者であるDeepakMishraは述べています。
この種の 回路 心臓発作などの病状や差し迫ったイベントを明らかにする可能性のある環境センサーや診断を作成するのに役立つ可能性がある、と研究者らは述べています。
生細胞内では、タンパク質間相互作用は、免疫細胞の活性化やホルモンや他のシグナルへの応答に関与するものを含む、多くのシグナル伝達経路において不可欠なステップです。 これらの相互作用の多くは、リン酸と呼ばれる化学基を追加または削除することによって、あるタンパク質が別のタンパク質を活性化または非活性化することを伴います。
この研究では、研究者は酵母細胞を使用して回路をホストし、酵母、細菌、植物、およびヒトを含む種からの14のタンパク質のネットワークを作成しました。 研究者たちはこれらのタンパク質を改変して、ネットワーク内で互いに調節し、特定のイベントに応答して信号を生成できるようにしました。
彼らのネットワークは、リン酸化/脱リン酸化タンパク質間相互作用のみで構成される最初の合成回路であり、トグルスイッチとして設計されています。これは、XNUMXつの安定状態をすばやく可逆的に切り替えて、次のような特定のイベントを「記憶」できる回路です。特定の化学物質への暴露。 この場合、ターゲットは多くの果物に含まれる糖アルコールであるソルビトールです。
ソルビトールが検出されると、細胞は核に局在する蛍光タンパク質の形で曝露の記憶を保存します。 この記憶は、将来の細胞世代にも受け継がれます。 回路は、別の分子、この場合はイソペンテニルアデニンと呼ばれる化学物質にさらすことによってリセットすることもできます。
これらのネットワークは、入力に応答して他の機能を実行するようにプログラムすることもできます。 これを実証するために、研究者たちはソルビトールが検出された後に細胞の分裂能力をシャットダウンする回路も設計しました。
これらのセルの大規模なアレイを使用することにより、研究者は、XNUMX億分のXNUMXという低いターゲット分子の濃度に応答する超高感度センサーを作成できます。 また、タンパク質間相互作用が速いため、わずかXNUMX秒で信号をトリガーできます。 従来の合成回路では、出力を確認するのに数時間または数日かかる場合がありました。