提高工程人体细胞反应的速度

来自斯洛文尼亚国家化学研究所的研究人员开发出一种新方法来调节人体细胞反应，使细胞在数分钟而非数小时内对细胞外刺激作出反应。作者认为他们的系统可用于各种医疗应用。细胞在大量结合的过程的基础上起作用，以检测和响应不同的刺激。细胞反应的控制在细胞疗法中很重要，因为它可以提高其效率和安全性。合成生物学将细胞视为我们可以编辑和重新编程以满足我们需求的机器或计算机。虽然基因工程的进步已经允许对生物和化学输入的精确感知和程序化响应，但直到最近，细胞内信息处理的速度仍然具有挑战性。来自斯洛文尼亚国家化学研究所的研究人员现在发表了一篇文章，他们报告说他们能够在几分钟而不是几小时内检测出响应程序输入的细胞。

博士学生Tina Fink，发表在Nature Chemical Biology上的研究的主要作者说：“通常，生物回路基于基因表达调控。这意味着环境的任何输入或变化首先导致基因从DNA到RNA的转录，以后RNA被翻译成蛋白质。这个过程可能需要几个小时。另一方面，我们的系统基于已经存在于细胞中的蛋白质的处理，使我们能够规避转录和翻译的缓慢过程。“

控制蛋白质的两个重要过程自然界中的活性是蛋白质裂解和蛋白质组装成更高级的复合物。例如，研究人员经常使用荧光素酶蛋白分成两部分，这两部分可以相互作用，产生一种功能性复合物，催化产生光的反应。项目负责人兼合成生物学和免疫学系主任Roman Jerala博士说：“我们的团队使用蛋白酶(在特定位置切割其他蛋白质的蛋白质)并将它们与卷曲线圈结合起来，卷曲线圈作为一种分子拉链并且允许受控的蛋白质偶联。修饰蛋白酶，使它们仅在存在确定的化学信号或光的情况下才变得活跃。蛋白酶的作用诱导切割，反过来，可以通过光测量来检测靶蛋白的重排和信息的正确处理。通过这种方式，我们可以打开和关闭蛋白质的活动。“

尽管所有实验都将光发射测量为功能输出，但该研究的最终目标是控制医学上重要的蛋白质的分泌，例如胰岛素或参与防御病原体或凝血级联的蛋白质。JanLonzarić博士与Tina Fink分享第一作者，目前在麻省理工学院担任博士后研究员，他表示，在反应速度之后，该系统的下一个最重要的特性是能够设计平行或顺序反应，如逻辑门和级联。“我们用来控制蛋白质组装的蛋白酶也可以用同样的方式控制，只需使用另一种蛋白酶。我们成功地展示了三层级联和逻辑门，允许对各种输入的组合进行编程响应。

该项目在“ 自然 - 化学生物学 ”杂志上发表，最初由斯洛文尼亚iGEM团队于2016年构思。参加国际基因工程机械竞赛的学生在Jerala及其团队的指导下设计了一个初步概念对于系统。“该项目使我们在2016年iGEM竞赛的基础进展轨道上获得第一名，但我们的目标是继续开发这一初始概念，并最终发布它，需要进行大量的额外研究。” Arne Praznik说，他在iGEM之后加入了合成生物学和免疫学系，继续攻读该项目的博士学位。学生。

在斯洛文尼亚团队的研究发表前几周，加州理工学院的另一个团体在“ 科学 ”杂志上发表了一篇论文，该论文还在蛋白酶的帮助下探讨了人体细胞的活化。Lonzarić认为，来自不同大学和研究所的同时出版物证明“我们已经解决了一个重要问题，并找到了一个强有力的解决方案”，而Jerala补充说，“这两种设计之间的差异使我们的系统更快，更容易在不同的细胞类型中使用。 “

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