อย่างไรก็ตาม มักจะมีช่วงเวลาหน่วงที่ยาวนานระหว่างเหตุการณ์ เช่น การตรวจจับโมเลกุลและผลลัพธ์ที่เป็นผลลัพธ์ เนื่องจากเวลาที่เซลล์ต้องการถ่ายทอดและแปลยีนที่จำเป็น
นักชีววิทยาสังเคราะห์ของ MIT ได้พัฒนาแนวทางทางเลือกในการออกแบบวงจรดังกล่าว ซึ่งอาศัยปฏิกิริยาระหว่างโปรตีนกับโปรตีนที่รวดเร็วและย้อนกลับได้เท่านั้น ซึ่งหมายความว่าไม่มีการรอให้ยีนถูกถ่ายทอดหรือแปลเป็นโปรตีน ดังนั้นวงจรสามารถเปิดได้เร็วกว่ามาก - ภายในไม่กี่วินาที
“ตอนนี้เรามีวิธีการในการออกแบบปฏิสัมพันธ์ของโปรตีนที่เกิดขึ้นในช่วงเวลาที่รวดเร็วมาก ซึ่งไม่มีใครสามารถพัฒนาอย่างเป็นระบบได้ เรากำลังถึงจุดที่สามารถออกแบบฟังก์ชันใดๆ ได้ในช่วงเวลาไม่กี่วินาทีหรือน้อยกว่านั้น” Deepak Mishra ผู้ร่วมวิจัยในภาควิชาวิศวกรรมชีวภาพของ MIT และผู้เขียนนำของการศึกษาใหม่กล่าว
ชนิดของนี้ วงจรไฟฟ้า อาจเป็นประโยชน์สำหรับการสร้างเซ็นเซอร์ด้านสิ่งแวดล้อมหรือการวินิจฉัยที่สามารถเปิดเผยสถานะของโรคหรือเหตุการณ์ที่ใกล้เข้ามาเช่นอาการหัวใจวายได้
ภายในเซลล์ที่มีชีวิต ปฏิกิริยาระหว่างโปรตีนกับโปรตีนเป็นขั้นตอนที่สำคัญในวิถีการส่งสัญญาณหลายอย่าง รวมถึงกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการกระตุ้นเซลล์ภูมิคุ้มกันและการตอบสนองต่อฮอร์โมนหรือสัญญาณอื่นๆ ปฏิกิริยาหลายอย่างเหล่านี้เกี่ยวข้องกับโปรตีนตัวหนึ่งที่กระตุ้นหรือปิดใช้งานอีกตัวหนึ่งโดยการเพิ่มหรือเอากลุ่มสารเคมีที่เรียกว่าฟอสเฟตออก
ในการศึกษานี้ นักวิจัยได้ใช้เซลล์ยีสต์เพื่อสร้างวงจรและสร้างเครือข่ายโปรตีน 14 ชนิดจากสปีชีส์ต่างๆ รวมถึงยีสต์ แบคทีเรีย พืช และมนุษย์ นักวิจัยได้ปรับเปลี่ยนโปรตีนเหล่านี้เพื่อให้สามารถควบคุมซึ่งกันและกันในเครือข่ายเพื่อให้สัญญาณตอบสนองต่อเหตุการณ์เฉพาะ
เครือข่ายของพวกเขา ซึ่งเป็นวงจรสังเคราะห์แรกที่มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างโปรตีนและโปรตีนจากฟอสโฟรีเลชั่น / ดีฟอสโฟรีเลชันเท่านั้น ได้รับการออกแบบให้เป็นสวิตช์สลับ ซึ่งเป็นวงจรที่สามารถสลับระหว่างสถานะเสถียรสองสถานะได้อย่างรวดเร็วและย้อนกลับ ทำให้สามารถ "จดจำ" เหตุการณ์เฉพาะ เช่น การสัมผัสกับสารเคมีบางชนิด ในกรณีนี้ เป้าหมายคือซอร์บิทอล ซึ่งเป็นน้ำตาลแอลกอฮอล์ที่พบในผลไม้หลายชนิด
เมื่อตรวจพบซอร์บิทอล เซลล์จะเก็บความทรงจำของการได้รับสัมผัส ในรูปของโปรตีนเรืองแสงที่แปลเป็นภาษาท้องถิ่นในนิวเคลียส หน่วยความจำนี้ยังส่งต่อไปยังรุ่นเซลล์ในอนาคตอีกด้วย วงจรสามารถรีเซ็ตได้ด้วยการเปิดเผยไปยังโมเลกุลอื่น ในกรณีนี้ สารเคมีที่เรียกว่าไอโซเพนเทนิลอะดีนีน
เครือข่ายเหล่านี้ยังสามารถตั้งโปรแกรมให้ทำหน้าที่อื่นๆ เพื่อตอบสนองต่ออินพุตได้อีกด้วย เพื่อแสดงให้เห็นสิ่งนี้ นักวิจัยยังได้ออกแบบวงจรที่ปิดความสามารถของเซลล์ในการแบ่งตัวหลังจากตรวจพบซอร์บิทอล
นักวิจัยสามารถสร้างเซ็นเซอร์อัลตราไวโอเลตที่ตอบสนองต่อความเข้มข้นของโมเลกุลเป้าหมายได้ต่ำถึงระดับพันล้านส่วนโดยใช้อาร์เรย์ขนาดใหญ่ของเซลล์เหล่านี้ และเนื่องจากปฏิกิริยาระหว่างโปรตีนกับโปรตีนที่รวดเร็ว สัญญาณสามารถกระตุ้นได้ภายในเวลาเพียง XNUMX วินาที สำหรับวงจรสังเคราะห์แบบเดิม อาจต้องใช้เวลาหลายชั่วโมงหรือหลายวันกว่าจะเห็นผล