المصدر: المكدسة

هذه المقالة حول 2684 كلمات القراءة الموصى بها 6 دقائق

توضح هذه المقالة فريق البحث من جامعة واشنطن، جزيئات البروتين الاصطناعية إنتاج البوابات المنطقية الصفر، لتحقيق المدخلات اثنين، وإدخال ثلاث سنوات وبوابة، أو بوابة، بوابات NAND، NOR البوابات، بوابات XOR وما شابه ذلك.

الحياة السيليكون القائم بعيدا، ولكن قد حان الدائرة القائمة على الكربون، وعلى قيد الحياة.

كان البروتين الأصلي قادرا على جعل الكمبيوتر وحدة قاعدة، ودوائر السيليكون، وهذا "الدائرة بروتين" قد تكون مسؤولة عن مجموعة متنوعة من مجموعات من تصميم الدوائر المنطقية.

ومنذ ذلك الحين، ونحن يمكن أن يكون مثل نفس مفتاح التحكم الضوابط دائرة الحياة من البروتينات المشاركة في هذه العملية.

مجموعة بحثية من جامعة واشنطن، جزيئات البروتين الاصطناعية إنتاج البوابات المنطقية الصفر، لتحقيق المدخلات اثنان، ثلاثة المدخلات وبوابة، أو بوابة، بوابة NAND، NOR البوابة، بوابة XOR، وما شابه ذلك.

صعد الدراسة العدد الأخير من العلوم.

الدائرة السيليكون، يشير إلى مستوى عال إلى مستوى منخفض يشير 0. وهي مصممة بذكاء البروتين، مثل سلسلة من إشارة 01، وظيفة محددة من خلال مجموعة من مجموعات مختلفة.

هدفهم النهائي هو خلق البروتين ليس جهاز كمبيوتر، ولكن مع بوابة منطقية لتنظيم التعبير الجيني في خلايا T الإنسان، بحيث خلايا T وراثيا لتعيش لفترات أطول، وتحسين سلامة ومتانة السرطان العلاج بالخلايا.

وقال الباحثون انه من تعقيد تصميم بروتينات جديدة على مقربة من المجاميع البروتين الحقيقية.

(الدراسة)، بل هو خطوة رئيسية لدائرة البرمجة البيولوجية المعقدة.

و، وفقا للتشن تسيبو قال بدأ فريق الدراسة، ما إذا كانت هذه الطريقة تتكون من دائرة متعددة المراحل.

السيطرة بوابة المنطق الوظائف البيولوجية

البروتين دائرة مدخل أساسي هو CIPHR (الحث التآزر من heterodimers بروتين) التي تسيطر عليها.

ويسمى CIPHR اثنين من البروتينات المختلفة البوليمرات، كل بروتين يتوافق مع موقع معين الإدخال. مجموعات مختلفة من الدوائر المقابلة لموقف مختلف.

CIPHR البوابات المنطقية قابلية، وهذا يعني أيضا أن نتمكن من استخدام البوابات المنطقية للسيطرة على الوظائف البيولوجية المختلفة.

في التجربة، صمم الباحثون أربعة أزواج من حدة heterodimers، البوابات المنطقية التي شيدت من اثنين من وظائف التحكم المختلفة. واحد نشط حفاز لفصل وسيفيراز، يتم استخدام الجينات آخر أعرب في خلايا T الإنسان الأصلية.

في وسيفيراز نظام مراقبة، وأنها ستكون جزءا لا يتجزأ من البروتين المقابلة لمواقع نانو اختبارها من قبل في المختبر ترجمة بوابة المنطق وتشغيل ومراقبة الانبعاثات.

السيطرة على التعبير الجيني في الخلايا T-بوابة المنطق المناعة البشرية إلى نظام قمع حكاية KRAB معزولة.

إذا مغاير، طالما أن دخول (1) سوف تنتج تثبيط (0)، يتوافق مع بوابة NAND.

إذا أحادية البروتين، ما دام هناك أي واحد من البروتينات في (1)، فإنه سيتم تدمير الأصلي ملزم حكاية KRAB، وإلغاء تثبيط (1)، وبالتالي تحقيق وظيفة أو البوابة.

عدم استخدام AND و OR بوابات للتحكم في التعبير عن البروتينات TIM3 خلايا الإنسان T، الكشف عنها بواسطة لمعان التدفق الخلوي.

هذه هي السيناريوهات اثنين فقط من المدخلات، وإذا كان إدخال يشبه 3-الطريقة. ومع ذلك، استخدام المزيد من dimers بروتين يستخدم بوابة منطقية أكثر الداخلي أيضا.

لفي اتجاه و3 والبوابات، والبروتينات مشتركة بين الأربعة، وهو منطق 1 والباب 2 ". فقط 1'-4، 4-3، 3'-2 هي في الوقت نفسه شكل مدخلا 1: 1'-4 ': 3/4': 3'-2: 1، من أجل تفعيل البوابة المنطق.

3 إدخال OR بوابة مبدأ مشابه.

وبالرغم من أن استخدام البروتين البوابات المنطقية تصميم طويلة، ولكن وحدة مغاير هو تقنية جديدة تستخدم مزايا دي نوفو تصميم البروتين.

بإعادة تصميم وحدة البروتين يمكن أن تنتج المزيد من بوابة المنطق أن يكون التجمع تقريبا نفس الهيكل العام.

شبكة الرابطة الهيدروجينية-بروتين معين الترميز، وذلك لدينا مجموعة واسعة من الربط تقارب بين مونومر من بنية مماثلة، وهذا بدوره يسمح للبناء البوابة أكثر تعقيدا على أساس ملزم قادرة على المنافسة.

لأن مكونات تصميم البوابة المنطقية هي بروتين فائقة مستقرة، لا بنية ميكانيكية إضافية من الخلايا والبروتينات، بغض النظر عن البوابات المنطقية في الخلية أو خارج الخلية، يمكن أن تعمل.

المؤلف الأول من الورقة، وقال تشن تسيبو: "لدينا مقتطفات خالية من الخلايا المستخدمة، مكونات تنقيته من خلايا الخميرة وأثبتت خلايا T وظائفه.

كيفية تصميم؟

حسنا، مثل هذه "الدوائر القائمة على الكربون" مصممة خصيصا كيف؟

من حيث المبدأ، فإنه من الممكن استخدام مجموعة من الجزيئات heterodimeric مصممة من مختلف البوابات المنطقية.

على سبيل المثال، نظرا مغاير ألف وA '، B و B'، C و C ". بواسطة الجيني الانصهار A 'و B، و B، و C، قد يتم بناؤها مع ضبط العلاقة بوابة A و C "لل.

حيث حالة تتعلق بما يلي:

أولا، ينبغي أن يكون هناك العديد من مختلف ديمر متعامد بعضها بعضا، ومدى تعقيد هذا الباب للن تحد من عدد من العناصر الفردية.

ثانيا، يجب أن يكون عضو وحدات ويجب ان يكون مماثلا في الهيكل.

ثالثا، يجب علينا عضو واحد مع عدد وافر من مختلف قدرة الشريك تقارب ملزمة يمكن تعديلها، بحيث الضرر مدخلات موجودة مسبقا عن طريق التفاعلات تقارب منخفضة لإجراء العملية ينفي.

رابعا، ينبغي أن يكون التفاعل التآزر (التعاونية)، بحيث الباب ليست حساسة لعدم التوازن تفعيل مساهمة القياس المتكافئ.

محددة لهذه الدراسة، لتلبية الشرط 1، واستخدم الباحثون وجود بوساطة محددة الهيدروجين شبكة الربط، بشكل متبادل مجموعة متعامد من heterodimers، لبناء بوابة المنطق.

تشترك واجهات مغاير نفس أربعة الحلزون-حزمة طوبولوجيا، لتلبية شرط 2.

مشترك حدود واجهة تفاعلية كمية من الحديث المتبادل بين مغاير، وبهذه الطريقة، يمكن للتقارب ملزم تلبية التسلسل الهرمي 3 حالة.

وأخيرا، فإن بناء مونومر الانصهار (على سبيل المثال المذكور أعلاه، A 'و B، B، C و) لتلبية شرط 4.

فيما يلي، "ودعا النظام مثل التي يسببها dimerization، A، و B 'للA + A'-B + B يسمى مونومر، ويسمى A'-B على ديمر.

dimerization التي يسببها النظام التخطيطي (6 بقايا رابط) على النحو التالي.

التجارب، أظهر التعاوني ملزمة ديمر.

وهكذا، فإن استخدام NMS، استكشاف الباحثين من قبل اثنين من dimers 3-2 و1'-3، و 1 و 2 كمدخل، المدخلات اثنين وبوابة (AND) من أحادية تشكل تعاونية.

في التجربة، لاحظ الباحثون كميات صغيرة جدا فقط من heterodimers heterotrimeric وأظهرت كذلك أن الأسلوب لديه التآزر عالية.

كما شيدت الباحثون 1'-4، 4-3، 3-2 "من المدخلات وثلاثة والبوابة، وكانت النتائج مماثلة لوالمدخلات البوابة، وفرة كاملة pentameric تعقيدا من المدخلات فقط في المواد الكيميائية انخفاض تركيزات تركيز قابلة للقياس الكمي قليلا.

على هذا الأساس، شيدت الباحثون بناء على عدد وافر من البوابات المنطقية CIPHR 2-المدخلات و3 المدخلات.

طريقة محددة هو، كل DHD مونومر التي كتبها الجيني المستجيب انصهار بروتين متصلة الهدف، بحيث الإدخال (متصلا مفارز مغاير) البروتينات السيطرة المستجيب أو colocalization من التفكك.

بواسطة التفاعلات مثلي ملزم بين تصميم البروتين، وقادرة على المنافسة التي تنطوي على multispecific ملزمة لبناء البوابات المنطقية.

الخلايا المناعية في الحياة إطالة

الآن، يمكننا استخدام نفس الحياة الكمبيوتر وطريقة التشغيل السيطرة على المستوى الجزيئي، وهو أمر مهم للأدوية المستقبل والبيولوجيا التركيبية.

وقد بدأ فريق من الباحثين في جامعة واشنطن دراسة المقبلة، وهذه التكنولوجيا ستكون جاهزة للاستخدام في علاج مرض السرطان.

العلاجات المستهدفة لعلاج علاج الخلايا السرطانية CAR-T وهناك العديد من الصعوبات، ويعتقد العلماء يرتبط إلى فشل T-الخلية.

ما يسمى خلايا CAR-T خيالية T مستضد الخلايا المستقبلة، ومستقبلات هو مستضد خيالية من البروتين الهندسة الحيوية. العلماء انسجاما استخراج من الإنسان خلايا T، مع التحول الجيني انها تستهدف على وجه التحديد مستضد سطح الخلية، وآنذاك المدخلات إلى المرضى.

ولكن خلايا T المعدلة وراثيا يمكن أن يعيش إلا لفترة قصيرة، وفريق من الباحثين في جامعة واشنطن يريد استخدام بوابة المنطق إشارة توهين استجابة البروتين يمكن أن تطيل من نشاط خلايا CAR-T.

وقال تشن تسيبو أن كل مريض مع T-خلية تصنيع طول العمر من برمجة الأسلوب، وهو ما يعني أنه سيكون هناك أكثر فعالية ولدت الطب الشخصي.

نبذة عن الكاتب

تشن تسيبو (29 عاما) هو معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا مختبر ما بعد الدكتوراه Elowitz والبحث الحالي هو استخدام البروتين لبناء من نقطة الصفر دائرة المنطق.

تخرج من الجامعة الوطنية في سنغافورة علوم الحياة، 2019 دكتوراه في جامعة واشنطن. في العام الماضي، كما اختارت MIT تقنية مراجعة 35 شخصا تقل أعمارهم عن 35.

المقابلة المؤلف ديفيد بيكر، أستاذ الكيمياء الحيوية في معهد تصميم البروتين واشنطن كلية الطب بجامعة.

ومن الجدير بالذكر أن واحدا من الكتاب ديفيد بيكر أو البروتين تصميم اللعبة Foldit، وتستخدم الباحثين Foldit تصميم البروتين بكثير نقلت-الآن أيضا لتصميم تاج جديد لمكافحة الفيروس.

أوراق العنوان: https://science.sciencemag.org/content/368/6486/78

- انتهى -

تسينغهوا الانتباه - بيانات أكاديمية تشينغداو للعلوم قناة الصغرى الرسمية منصة الجمهور "  منظمة العفو الدولية لإرسال البيانات  "أيتها الأخوات ولا". إرسال البيانات THU  "لرعاية المزيد من المحاضرات ونوعية المحتوى.