小時候大家都玩過電路，最簡單的是由一個開關、一個燈，還有一個電源構成，打開或者關閉開關就能讓燈點亮或者關閉。
無數個這樣的開關彙集在一起變成集成電路，理論上就可以實現更精細的控制，手機、電腦就是這樣的可進行精確控制的智能集成電路。
醫學界常常也會遇到這樣需要精確控制的問題，一些治療方法只有在恰當的時間加上最合適的劑量時才會起到治療效果，如果治療太早或者太晚，劑量太大或者太小，可能會沒有效果，有時甚至是有害的。
想象一下，如果細胞也裝上蛋白“開關”，不就可以做到精確控制細胞內的生命過程了嗎？細胞內傳遞的生命活動信號通路與電路里的電信號通路是類似的。
7月24日，來自加州大學舊金山分校的生物工程師們，通過發表在《Nature》上的兩篇論文介紹了一種人造蛋白開關。他們先在電腦上進行蛋白結構設計，然後實驗室合成自然界中不存在的蛋白分子，取名叫“ LOCKR”。這些蛋白分子可以在活細胞內建立全新的信號通路 ，把細胞變成“智能細胞”。
LOCKR分子的結構類似桶狀，當它打開時，會暴露出一條分子手臂，幾乎能夠控制細胞內的任何分子過程。在發表的論文中，生物工程師們描述了分子手臂能夠在酵母細胞內
控制基因的表達、控制蛋白定位。
但是就像這個人造蛋白的名字一樣，LOCKR的分子手臂平時是鎖著（lock）的，只有在遇到分子鑰匙（key）時才會打開，暴露出分子手臂。因此LOCKR蛋白就像一個電路開關一樣，可以打開也可以關閉。
“就像集成電路能夠帶來電腦芯片的大爆發一樣，這些蛋白開關在不久的將來也能對活細胞的生命活動進行精確的控制，甚至能控制我們的健康。”該項研究的生物工程師之一El-Samad說。
在第二篇研究中，生物工程師們展示了這項技術的應用潛力。LOCKR分子的其中一個版本
degronLOCKR，能夠在細胞內響應內源或者外源的信號，建立新的細胞信號通路，改變酵母細胞的合成及交配信號通路。
研究作者在論文中寫到，“這種能夠在活細胞內建立新的細胞信號通路的能力是合成生物的重要里程碑。我們的研究證明了體外合成的蛋白分子可以作為分子工具，在細胞內實現複雜的合成功能，這在生物技術及疾病治療領域具有巨大潛力。”
現在El-Samad及他的同事們正在嘗試開發基於degronLOCKR蛋白的智能細胞，用於治療需要極高精確度的疾病，如外傷性腦損傷。
參考文獻：
1. Robert A. Langan, Scott E. Boyken, Andrew H. Ng, Jennifer A. Samson, Galen Dods, Alexandra M. Westbrook, Taylor H. Nguyen, Marc J. Lajoie, Zibo Chen, Stephanie Berger, Vikram Khipple Mulligan, John E. Dueber, Walter R. P. Novak, Hana El-Samad, David Baker. De novo design of bioactive protein switches. Nature, 2019;
2. Andrew H. Ng, Taylor H. Nguyen, Mariana Gómez-Schiavon, Galen Dods, Robert A. Langan, Scott E. Boyken, Jennifer A. Samson, Lucas M. Waldburger, John E. Dueber, David Baker, Hana El-Samad. Modular and tunable biological feedback control using a de novo protein switch. Nature, 2019;
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