令人難以置信的人工蛋白為智能細(xì)胞療法開辟了潛力

在醫(yī)學(xué)的顯著發(fā)展中，科學(xué)家設(shè)計了一種名為LOCKR的新型人工蛋白，其行為類似于計算機(jī)電路，開啟了創(chuàng)造“智能”細(xì)胞的可能性，其生物過程可以直接控制。

在醫(yī)學(xué)中，何時應(yīng)用特定療法以及必須應(yīng)用的程度至關(guān)重要。藥物過多或過少，或藥物過晚或過早，都會導(dǎo)致治療無效，甚至危險。找到治療的準(zhǔn)確數(shù)量和時刻是醫(yī)學(xué)上最大的挑戰(zhàn)之一，到目前為止還沒有一種有效的方法來做出這些決定。

現(xiàn)在，加利福尼亞大學(xué)舊金山分校(UCSF)和華盛頓大學(xué)(UW)的生物工程師齊聚一堂，為這一問題開發(fā)出一種非凡的新解決方案。一種完全人工的蛋白質(zhì)，可以像電路一樣操作，可以將細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;智能細(xì)胞”，可以確定它們何時受到損傷或感染，并在需要時準(zhǔn)確提供必要的劑量。

通過計算機(jī)模擬，設(shè)計并合成在實驗室中，這種新的蛋白質(zhì)-它的生物工程師稱之為鎖存正交籠關(guān)鍵蛋白，或LOCKR，在詳述2 篇論文在本周的雜志上發(fā)表Nature--是不同于中發(fā)現(xiàn)的任何蛋白質(zhì)自然本身。

“盡管生物技術(shù)庫中的許多工具都采用天然存在的分子，這些分子可以在實驗室中重新利用，但LOCKR在自然界中沒有對應(yīng)物，”加州大學(xué)舊金山分校的生物化學(xué)和生物物理學(xué)家Kuo家庭教授Hana El-Samad說道。新研究。

“LOCKR是一種生物技術(shù)，是人類從頭到尾構(gòu)思和構(gòu)建的。這為蛋白質(zhì)與細(xì)胞的其他組分相互作用的方式提供了前所未有的控制水平，并使我們能夠開始解決生物學(xué)中未解決的 - 以前無法解決的 - 問題，對醫(yī)學(xué)和工業(yè)具有重要意義。“

其中一篇發(fā)表的論文描述了新蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，可以將其視為樹干或儲物柜 - 因此得名。在儲物柜內(nèi)，有一個分子“臂”可以設(shè)計用于操縱化學(xué)分子通過細(xì)胞的運(yùn)動，分解特定的分子或蛋白質(zhì)，甚至告訴細(xì)胞它需要自毀。

從字面上看，整個過程的關(guān)鍵是手臂被鎖在蛋白質(zhì)內(nèi)部，除非引入另一個完全適合LOCKR鎖定的化學(xué)鍵。如果沒有化學(xué)鍵，LOCKR將保持不活動狀態(tài)，完全是在沒有電信號的情況下計算機(jī)電路處于非活動狀態(tài)的方式。電路類比也不是僥幸，它是在蛋白質(zhì)的設(shè)計中構(gòu)建的。

“就像集成電路使計算機(jī)芯片行業(yè)大爆炸一樣，這些多功能和動態(tài)生物開關(guān)可以很快解鎖對活細(xì)胞行為的精確控制，最終實現(xiàn)我們的健康，”El-Samad說。

電路相互構(gòu)建，以發(fā)展高度復(fù)雜的行為，使現(xiàn)代電子和計算能夠發(fā)揮作用，因此開發(fā)類似于生物過程的東西的潛力不容低估。生物工程師發(fā)表的第二篇論文證明了細(xì)胞中這種電路構(gòu)建行為的潛力。

使用名為degronLOCKR的LOCKR的修改版本，科學(xué)家們編寫了降低特定蛋白質(zhì)的工具。蛋白質(zhì)的電路構(gòu)建能力使團(tuán)隊能夠在細(xì)胞內(nèi)部創(chuàng)建一種調(diào)節(jié)機(jī)制，以響應(yīng)內(nèi)部和外部條件動態(tài)控制細(xì)胞活動。

每當(dāng)degronLOCKR工具檢測到某些細(xì)胞活動中斷時，它就能夠分解引發(fā)破壞的蛋白質(zhì)，直到中斷停止，之后會停用。如果再次發(fā)生中斷，則degronLOCKR工具將重新激活并繼續(xù)分解蛋白質(zhì)直至細(xì)胞功能恢復(fù)正常。

“LOCKR，更具體地說，是degronLOCKR，開啟了一個全新的領(lǐng)域，可以對細(xì)胞進(jìn)行編程，以治療尚無法獲得安全有效治療的各種衰弱狀態(tài)，”Andrew Ng博士說，他是該研究的共同第一作者。這兩篇論文在El-Samad實驗室完成了他的博士研究。“有了這些技術(shù)，我們只能受到想象力的限制。”