Tuy nhiên, thường có một khoảng thời gian trễ dài giữa một sự kiện như phát hiện phân tử và kết quả đầu ra, vì thời gian cần thiết để tế bào phiên mã và dịch mã các gen cần thiết.
Các nhà sinh học tổng hợp của MIT hiện đã phát triển một cách tiếp cận thay thế để thiết kế các mạch như vậy, dựa hoàn toàn vào các tương tác protein-protein nhanh chóng, có thể đảo ngược. Điều này có nghĩa là không cần chờ các gen được phiên mã hoặc dịch mã thành protein, vì vậy các mạch có thể được bật nhanh hơn nhiều - chỉ trong vài giây.
“Bây giờ chúng tôi có một phương pháp luận để thiết kế các tương tác protein xảy ra ở một khoảng thời gian rất nhanh, mà chưa ai có thể phát triển một cách có hệ thống. Deepak Mishra, một cộng sự nghiên cứu tại Khoa Kỹ thuật Sinh học của MIT và là tác giả chính của nghiên cứu mới, cho biết chúng tôi đang tiến tới mức có thể thiết kế bất kỳ chức năng nào ở khoảng thời gian vài giây hoặc ít hơn.
Trường hợp này mạch Các nhà nghiên cứu cho biết có thể hữu ích cho việc tạo ra các cảm biến hoặc chẩn đoán môi trường có thể tiết lộ các trạng thái bệnh tật hoặc các sự kiện sắp xảy ra như một cơn đau tim.
Bên trong tế bào sống, tương tác protein-protein là những bước thiết yếu trong nhiều con đường truyền tín hiệu, bao gồm cả những con đường liên quan đến kích hoạt tế bào miễn dịch và phản ứng với hormone hoặc các tín hiệu khác. Nhiều tương tác này liên quan đến một protein kích hoạt hoặc khử hoạt hóa protein khác bằng cách thêm hoặc bớt các nhóm hóa học được gọi là phốt phát.
Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng các tế bào nấm men để lưu trữ mạch của chúng và tạo ra một mạng lưới gồm 14 loại protein từ các loài bao gồm nấm men, vi khuẩn, thực vật và con người. Các nhà nghiên cứu đã sửa đổi các protein này để chúng có thể điều chỉnh lẫn nhau trong mạng để mang lại tín hiệu phản ứng với một sự kiện cụ thể.
Mạng của họ, mạch tổng hợp đầu tiên chỉ bao gồm các tương tác protein-protein phosphoryl hóa / dephosphoryl hóa, được thiết kế như một công tắc bật tắt - một mạch có thể chuyển đổi nhanh chóng và thuận nghịch giữa hai trạng thái ổn định, cho phép nó “ghi nhớ” một sự kiện cụ thể chẳng hạn như tiếp xúc với một loại hóa chất nhất định. Trong trường hợp này, mục tiêu là sorbitol, một loại rượu đường được tìm thấy trong nhiều loại trái cây.
Khi sorbitol được phát hiện, tế bào sẽ lưu trữ bộ nhớ về sự phơi nhiễm, dưới dạng một protein huỳnh quang khu trú trong nhân. Ký ức này cũng được truyền cho các thế hệ tế bào tương lai. Mạch cũng có thể được thiết lập lại bằng cách cho nó tiếp xúc với một phân tử khác, trong trường hợp này là một chất hóa học được gọi là isopentenyl adenine.
Các mạng này cũng có thể được lập trình để thực hiện các chức năng khác để đáp ứng với một đầu vào. Để chứng minh điều này, các nhà nghiên cứu cũng đã thiết kế một mạch giúp ngăn chặn khả năng phân chia của các tế bào sau khi sorbitol được phát hiện.
Bằng cách sử dụng các mảng lớn của các tế bào này, các nhà nghiên cứu có thể tạo ra các cảm biến siêu nhạy phản ứng với nồng độ của phân tử mục tiêu thấp tới phần tỷ. Và bởi vì sự tương tác protein-protein nhanh chóng, tín hiệu có thể được kích hoạt trong ít nhất một giây. Với các mạch tổng hợp truyền thống, có thể mất hàng giờ hoặc thậm chí hàng ngày để xem kết quả đầu ra.