Walau bagaimanapun, selalunya terdapat jeda waktu yang panjang antara peristiwa seperti mengesan molekul dan output yang dihasilkan, kerana masa yang diperlukan untuk sel menyalin dan menerjemahkan gen yang diperlukan.
Ahli biologi sintetik MIT kini telah mengembangkan pendekatan alternatif untuk merancang rangkaian seperti itu, yang bergantung sepenuhnya pada interaksi protein-protein yang cepat dan boleh diterbalikkan. Ini bermaksud bahawa tidak ada penantian untuk gen ditranskrip atau diterjemahkan ke dalam protein, jadi rangkaian dapat dihidupkan lebih cepat - dalam beberapa saat.
"Kami sekarang memiliki metodologi untuk merancang interaksi protein yang terjadi pada skala waktu yang sangat cepat, yang tidak ada yang dapat dikembangkan secara sistematik. Kami sampai ke tahap untuk dapat merekayasa sebarang fungsi pada skala waktu beberapa saat atau kurang, ”kata Deepak Mishra, rakan penyelidikan di Jabatan Kejuruteraan Biologi MIT dan pengarang utama kajian baru itu.
Jenis ini litar boleh berguna untuk membuat sensor persekitaran atau diagnostik yang dapat mendedahkan keadaan penyakit atau kejadian segera seperti serangan jantung, kata para penyelidik.
Di dalam sel hidup, interaksi protein-protein adalah langkah penting dalam banyak jalur isyarat, termasuk yang terlibat dalam pengaktifan sel imun dan tindak balas terhadap hormon atau isyarat lain. Banyak interaksi ini melibatkan satu protein yang mengaktifkan atau menyahaktifkan yang lain dengan menambahkan atau membuang kumpulan kimia yang disebut fosfat.
Dalam kajian ini, para penyelidik menggunakan sel ragi untuk menjadi tuan rumah litar mereka dan membuat rangkaian 14 protein dari spesies termasuk ragi, bakteria, tumbuhan, dan manusia. Para penyelidik mengubah protein ini sehingga mereka dapat mengatur satu sama lain dalam rangkaian untuk menghasilkan isyarat sebagai tindak balas terhadap peristiwa tertentu.
Rangkaian mereka, rangkaian sintetik pertama yang hanya terdiri daripada interaksi protein-protein fosforilasi / depososforilasi, direka sebagai suis togol - litar yang dapat bertukar dengan cepat dan terbalik antara dua keadaan stabil, yang memungkinkan untuk "mengingat" peristiwa tertentu seperti pendedahan kepada bahan kimia tertentu. Dalam kes ini, sasarannya adalah sorbitol, gula alkohol yang terdapat dalam banyak buah.
Setelah sorbitol dikesan, sel menyimpan ingatan pendedahan, dalam bentuk protein pendarfluor yang dilokalisasi di dalam nukleus. Ingatan ini juga diteruskan kepada generasi sel masa depan. Litar juga dapat diset semula dengan memaparkannya ke molekul yang berbeza, dalam hal ini, bahan kimia yang disebut isopentenyl adenine.
Jaringan ini juga dapat diprogram untuk melakukan fungsi lain sebagai respons terhadap input. Untuk menunjukkan ini, para penyelidik juga merancang rangkaian yang menutup kemampuan sel untuk membahagi setelah sorbitol dikesan.
Dengan menggunakan susunan besar sel-sel ini, para penyelidik dapat membuat sensor ultrasensitif yang bertindak balas terhadap kepekatan molekul sasaran serendah bahagian per bilion. Dan kerana interaksi protein-protein yang cepat, isyarat dapat dipicu dalam masa satu saat sahaja. Dengan litar sintetik tradisional, memerlukan beberapa jam atau bahkan berhari-hari untuk melihat outputnya.