그러나 세포가 필요한 유전자를 전사하고 번역하는 데 필요한 시간 때문에 분자 검출과 같은 이벤트와 결과 출력 사이에는 종종 긴 지연 시간이 있습니다.
MIT 합성 생물 학자들은 이제 빠르고 가역적 인 단백질-단백질 상호 작용에만 의존하는 이러한 회로를 설계하는 대안적인 접근 방식을 개발했습니다. 이는 유전자가 전사되거나 단백질로 번역 될 때까지 기다릴 필요가 없음을 의미하므로 회로를 훨씬 빠르게-몇 초 내에 켤 수 있습니다.
“이제 우리는 누구도 체계적으로 개발할 수 없었던 매우 빠른 시간 척도에서 발생하는 단백질 상호 작용을 설계하는 방법론을 가지고 있습니다. 우리는 몇 초 이하의 시간 단위로 모든 기능을 엔지니어링 할 수있는 시점에 도달하고 있습니다.”라고 MIT 생물 공학과의 연구원이자 새로운 연구의 주 저자 인 Deepak Mishra는 말합니다.
이런 종류의 회로 질병 상태 나 심장 마비와 같은 임박한 사건을 드러 낼 수있는 환경 센서 나 진단을 만드는 데 유용 할 수 있다고 연구원들은 말합니다.
살아있는 세포 내부에서 단백질-단백질 상호 작용은 면역 세포 활성화와 호르몬 또는 기타 신호에 대한 반응을 포함하는 많은 신호 전달 경로에서 필수적인 단계입니다. 이러한 상호 작용의 대부분은 인산염이라고하는 화학 그룹을 추가하거나 제거하여 다른 단백질을 활성화 또는 비활성화하는 것과 관련됩니다.
이 연구에서 연구원들은 효모 세포를 사용하여 회로를 호스팅하고 효모, 박테리아, 식물 및 인간을 포함한 종으로부터 14 개의 단백질 네트워크를 만들었습니다. 연구진은 특정 이벤트에 대한 반응으로 신호를 생성하기 위해 네트워크에서 서로를 조절할 수 있도록 이러한 단백질을 수정했습니다.
인산화 / 탈 인산화 단백질-단백질 상호 작용만으로 구성된 최초의 합성 회로 인 이들의 네트워크는 토글 스위치로 설계되었습니다.이 회로는 두 안정 상태 사이를 빠르고 가역적으로 전환하여 다음과 같은 특정 이벤트를 "기억"할 수 있습니다. 특정 화학 물질에 대한 노출. 이 경우 표적은 많은 과일에서 발견되는 당 알코올 인 소르비톨입니다.
소르비톨이 검출되면 세포는 핵에 국한된 형광 단백질의 형태로 노출에 대한 기억을 저장합니다. 이 기억은 또한 미래 세포 세대에 전달됩니다. 회로는 다른 분자 (이 경우 이소 펜 테닐 아데닌이라고하는 화학 물질)에 노출시켜 재설정 할 수도 있습니다.
이러한 네트워크는 입력에 대한 응답으로 다른 기능을 수행하도록 프로그래밍 할 수도 있습니다. 이를 증명하기 위해 연구진은 또한 소르비톨이 검출 된 후 세포 분열 능력을 차단하는 회로를 설계했습니다.
연구진은 이러한 세포의 큰 배열을 사용하여 XNUMX 억분의 XNUMX로 낮은 표적 분자의 농도에 반응하는 초 고감도 센서를 만들 수 있습니다. 또한 빠른 단백질-단백질 상호 작용으로 인해 신호가 XNUMX 초 만에 촉발 될 수 있습니다. 전통적인 합성 회로의 경우 출력을 확인하는 데 몇 시간 또는 며칠이 걸릴 수 있습니다.