Bununla birlikte, hücrelerin gerekli genleri kopyalaması ve tercüme etmesi için gereken süre nedeniyle, bir molekülün saptanması gibi bir olay ile ortaya çıkan çıktı arasında genellikle uzun bir gecikme süresi vardır.
MIT sentetik biyologları artık bu tür devreleri tasarlamak için yalnızca hızlı, tersine çevrilebilir protein-protein etkileşimlerine dayanan alternatif bir yaklaşım geliştirdiler. Bu, genlerin kopyalanması veya proteinlere çevrilmesi için beklemenin gerekmediği anlamına gelir; böylece devreler saniyeler içinde çok daha hızlı bir şekilde açılabilir.
"Artık kimsenin sistematik olarak geliştiremediği, çok hızlı bir zaman ölçeğinde meydana gelen protein etkileşimlerini tasarlamak için bir metodolojimiz var. MIT Biyoloji Mühendisliği Bölümü'nde araştırma görevlisi ve yeni çalışmanın baş yazarı Deepak Mishra, "Birkaç saniye veya daha kısa zaman dilimlerinde herhangi bir işlevi mühendislik yapabilecek noktaya geliyoruz" diyor.
Bu tür devre Araştırmacılar, hastalık durumlarını veya kalp krizi gibi yakın olayları ortaya çıkarabilecek çevresel sensörler veya teşhisler oluşturmak için yararlı olabileceğini söylüyor.
Canlı hücrelerin içinde, protein-protein etkileşimleri, bağışıklık hücresi aktivasyonu ve hormonlara veya diğer sinyallere verilen yanıtlar dahil olmak üzere birçok sinyal yolunda önemli adımlardır. Bu etkileşimlerin çoğu, bir proteinin fosfat adı verilen kimyasal grupları ekleyerek veya çıkararak diğerini etkinleştirmesini veya devre dışı bırakmasını içerir.
Bu çalışmada araştırmacılar, devrelerini barındırmak için maya hücrelerini kullandılar ve maya, bakteri, bitki ve insan dahil olmak üzere türlerden 14 proteinden oluşan bir ağ oluşturdular. Araştırmacılar bu proteinleri, belirli bir olaya yanıt olarak bir sinyal verecek şekilde ağda birbirlerini düzenleyebilmeleri için değiştirdiler.
Yalnızca fosforilasyon / defosforilasyon protein-protein etkileşimlerinden oluşan ilk sentetik devre olan ağları, bir geçiş anahtarı olarak tasarlanmıştır - iki kararlı durum arasında hızlı ve geri dönüşümlü olarak geçiş yapabilen ve belirli bir olayı "hatırlamasına" izin veren bir devre belirli bir kimyasala maruz kalma. Bu durumda hedef, birçok meyvede bulunan bir şeker alkolü olan sorbitoldür.
Sorbitol tespit edildiğinde, hücre, çekirdekte lokalize olan bir floresan protein formunda maruz kalmanın bir hafızasını depolar. Bu hafıza aynı zamanda gelecek hücre nesillerine de aktarılır. Devre, farklı bir moleküle, bu durumda izopentenil adenin adı verilen bir kimyasala maruz bırakılarak da sıfırlanabilir.
Bu ağlar ayrıca bir girdiye yanıt olarak diğer işlevleri yerine getirmek üzere programlanabilir. Bunu göstermek için araştırmacılar, sorbitol tespit edildikten sonra hücrelerin bölünme yeteneğini kapatan bir devre de tasarladılar.
Araştırmacılar, bu hücrelerin büyük dizilerini kullanarak, hedef molekülün milyarda bir parça kadar düşük konsantrasyonlarına yanıt veren ultra hassas sensörler oluşturabilirler. Ve hızlı protein-protein etkileşimleri nedeniyle, sinyal bir saniye kadar kısa bir sürede tetiklenebilir. Geleneksel sentetik devrelerde çıktıyı görmek saatler hatta günler alabilir.