Однако между событием, таким как обнаружение молекулы, и конечным результатом часто бывает длительное время задержки из-за времени, необходимого клеткам для транскрипции и трансляции необходимых генов.
Синтетические биологи Массачусетского технологического института разработали альтернативный подход к созданию таких схем, основанный исключительно на быстрых обратимых межбелковых взаимодействиях. Это означает, что не нужно ждать, пока гены будут транскрибированы или переведены в белки, поэтому схемы можно включить намного быстрее - за секунды.
«Теперь у нас есть методология разработки белковых взаимодействий, которые происходят в очень короткие сроки, и которую никто не смог систематически разработать. Мы приближаемся к тому, чтобы разработать любую функцию в масштабе нескольких секунд или меньше », - говорит Дипак Мишра, научный сотрудник отдела биологической инженерии Массачусетского технологического института и ведущий автор нового исследования.
Этот вид схема По словам исследователей, это может быть полезно для создания датчиков окружающей среды или диагностики, которые могут выявить болезненные состояния или неизбежные события, такие как сердечный приступ.
Внутри живых клеток белок-белковые взаимодействия являются важными этапами во многих сигнальных путях, включая те, которые участвуют в активации иммунных клеток и ответах на гормоны или другие сигналы. Во многих из этих взаимодействий один белок активирует или дезактивирует другой, добавляя или удаляя химические группы, называемые фосфатами.
В этом исследовании исследователи использовали дрожжевые клетки в качестве хозяина своей цепи и создали сеть из 14 белков различных видов, включая дрожжи, бактерии, растения и человека. Исследователи модифицировали эти белки, чтобы они могли регулировать друг друга в сети, чтобы давать сигнал в ответ на определенное событие.
Их сеть, первая синтетическая цепь, состоящая исключительно из белок-белковых взаимодействий фосфорилирования / дефосфорилирования, спроектирована как тумблер - схема, которая может быстро и обратимо переключаться между двумя стабильными состояниями, позволяя ей «запоминать» конкретное событие, такое как воздействие определенного химического вещества. В данном случае целью является сорбит, сахарный спирт, содержащийся во многих фруктах.
После обнаружения сорбита клетка сохраняет память о воздействии в виде флуоресцентного белка, локализованного в ядре. Эта память также передается будущим поколениям клеток. Цепь также можно сбросить, подвергнув ее воздействию другой молекулы, в данном случае химического вещества, называемого изопентениладенином.
Эти сети также можно запрограммировать для выполнения других функций в ответ на ввод. Чтобы продемонстрировать это, исследователи также разработали схему, которая отключает способность клеток делиться после обнаружения сорбита.
Используя большие массивы этих клеток, исследователи могут создать сверхчувствительные сенсоры, которые реагируют на концентрацию целевой молекулы до частей на миллиард. А из-за быстрых белок-белковых взаимодействий сигнал может быть активирован всего за одну секунду. С традиционными синтетическими схемами, чтобы увидеть результат, могут потребоваться часы или даже дни.