Science：让细胞化身为具有蛋白逻辑门的计算机
来源：本站原创 2020-04-07 15:20
2020年4月7日讯/生物谷BIOON/---如今，允许计算机发挥功能的相同基础工具在分子水平上正被用于控制生命。这些进展对未来的药物和合成生物学有影响。在一项新的研究中，来自美国华盛顿大学医学院的研究人员构建出作为分子逻辑门发挥作用的人工蛋白或者说定制蛋白。这些称为分子逻辑门的工具就像电子逻辑门那样，可用于对更复杂的系统的行为进行编程。他们指出这些新的人工
2020年4月7日讯/生物谷BIOON/---如今，允许计算机发挥功能的相同基础工具在分子水平上正被用于控制生命。这些进展对未来的药物和合成生物学有影响。
在一项新的研究中，来自美国华盛顿大学医学院的研究人员构建出作为分子逻辑门发挥作用的人工蛋白或者说定制蛋白。这些称为分子逻辑门的工具就像电子逻辑门那样，可用于对更复杂的系统的行为进行编程。他们指出这些新的人工蛋白可以调节人T细胞内的基因表达。这一进展可能改善未来的细胞疗法的安全性和持续性。相关研究结果发表在2020年4月3日的Science期刊上，论文标题为“De novo design of protein logic gates”。
论文通讯作者、华盛顿大学医学院生物化学教授、蛋白设计研究所所长David Baker说，“生物工程师以前利用DNA、RNA和修饰的天然蛋白制造出逻辑门，但是它们很不理想。我们利用从头设计的蛋白构建出的逻辑门具有更高的模块化和多功能性，可用于广泛的生物医学应用。”
不管是电子逻辑门还是生物逻辑门，它们都以预定的方式感知和响应信号。最简单的一种是与门（AND gate）；它仅当一个输入和另一个输入同时存在时才产生输出。比如，在键盘上打字时，按Shift键和A键会产生一个大写字母A。由生物分子构建出的逻辑门旨在将这种控制水平引入到生物工程系统中。
当正确的逻辑门在活细胞内部运行时，输入信号（比如两种不同分子的存在，或其中的一种存在）可产生特定的输出信号，比如激活或抑制基因。
论文第一作者、华盛顿大学医学院研究生Zibo Chen说，“整个阿波罗11号制导计算机是由电子或非门（NOR gate）构建而成的。我们成功地构建出基于蛋白的或非门。它们不像美国国家航空航天局（NASA）的制导计算机那么复杂，但是仍然是从头开始对复杂的生物电路进行编程的关键一步。”
在抗击癌症中招募患者自身的免疫细胞已可用于治疗某些形式的疾病。尽管如此，用这种所谓的CAR-T细胞疗法靶向实体瘤已被证明具有挑战性。
科学家们认为这部分上与T细胞衰竭（T cell exhaustion）有关。经过基因改造的T细胞在停止发挥功能之前只能在较短的时间内起作用。也许有办法解决这个问题。Baker及其研究团队希望通过使用对T细胞衰竭信号作出反应的蛋白逻辑门来延长CAR-T细胞的活性。
Chen说，“针对每个患者进行更好编程的长寿T细胞将意味着更有效的个性化治疗。”（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Zibo Chen et al. De novo design of protein logic gates. Science, 2020, doi:10.1126/science.aay2790.
2.Turning cells into computers with protein logic gates
https://phys.org/news/2020-04-cells-protein-logic-gates.html
在一项新的研究中，来自美国华盛顿大学医学院的研究人员构建出作为分子逻辑门发挥作用的人工蛋白或者说定制蛋白。这些称为分子逻辑门的工具就像电子逻辑门那样，可用于对更复杂的系统的行为进行编程。他们指出这些新的人工蛋白可以调节人T细胞内的基因表达。这一进展可能改善未来的细胞疗法的安全性和持续性。相关研究结果发表在2020年4月3日的Science期刊上，论文标题为“De novo design of protein logic gates”。
图片来自UW Medicine Institute for Protein Design。
论文通讯作者、华盛顿大学医学院生物化学教授、蛋白设计研究所所长David Baker说，“生物工程师以前利用DNA、RNA和修饰的天然蛋白制造出逻辑门，但是它们很不理想。我们利用从头设计的蛋白构建出的逻辑门具有更高的模块化和多功能性，可用于广泛的生物医学应用。”
不管是电子逻辑门还是生物逻辑门，它们都以预定的方式感知和响应信号。最简单的一种是与门（AND gate）；它仅当一个输入和另一个输入同时存在时才产生输出。比如，在键盘上打字时，按Shift键和A键会产生一个大写字母A。由生物分子构建出的逻辑门旨在将这种控制水平引入到生物工程系统中。
当正确的逻辑门在活细胞内部运行时，输入信号（比如两种不同分子的存在，或其中的一种存在）可产生特定的输出信号，比如激活或抑制基因。
论文第一作者、华盛顿大学医学院研究生Zibo Chen说，“整个阿波罗11号制导计算机是由电子或非门（NOR gate）构建而成的。我们成功地构建出基于蛋白的或非门。它们不像美国国家航空航天局（NASA）的制导计算机那么复杂，但是仍然是从头开始对复杂的生物电路进行编程的关键一步。”
在抗击癌症中招募患者自身的免疫细胞已可用于治疗某些形式的疾病。尽管如此，用这种所谓的CAR-T细胞疗法靶向实体瘤已被证明具有挑战性。
科学家们认为这部分上与T细胞衰竭（T cell exhaustion）有关。经过基因改造的T细胞在停止发挥功能之前只能在较短的时间内起作用。也许有办法解决这个问题。Baker及其研究团队希望通过使用对T细胞衰竭信号作出反应的蛋白逻辑门来延长CAR-T细胞的活性。
Chen说，“针对每个患者进行更好编程的长寿T细胞将意味着更有效的个性化治疗。”（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Zibo Chen et al. De novo design of protein logic gates. Science, 2020, doi:10.1126/science.aay2790.
2.Turning cells into computers with protein logic gates
https://phys.org/news/2020-04-cells-protein-logic-gates.html
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