Ученые создали белковый полосовой фильтр для синтетической биологии

Ученые из EPFL создали биологическую систему, имитирующую электронный полосовой фильтр. Этот новый тип сенсора может революционизировать создание саморегулируемых биологических механизмов в синтетической биологии.

В статье, опубликованной в Nature Chemical Biology, исследователи из Лаборатории дизайна белков и иммуноинженерии (LPDI) сделали важный шаг в создании более совершенных биологических систем. Они разработали сложный биологический переключатель, используя модифицированные белки в качестве «аппаратного обеспечения».

Цель LPDI — создавать биологические функции, имитирующие и превосходящие природные. «Мы используем ряд подходов в дизайне белков, в частности, вычислительный дизайн белков, для создания нового молекулярного аппаратного обеспечения», — говорит Бруно Корреа, руководитель LPDI.

Принцип работы и вдохновение

Природные клетки отлично справляются с саморегуляцией (гомеостазом). Этот механизм можно концептуально сравнить с работой полосового фильтра в электронике: фильтр пропускает сигналы только в определенном диапазоне частот, а клетка избирательно пропускает ионы на основе своих текущих потребностей.

До сих пор в синтетической биологии не существовало дизайна с такой функциональностью — системы работали по принципу «все или ничего», только «включено» или «выключено». Исследовательница Сэйлан Шуй, неудовлетворенная этой парадигмой, решила создать переключатель, реагирующий на изменения во внутренней и внешней среде клетки, взяв за основу принцип работы полосового фильтра.

Создание и тестирование системы

Команда спроектировала белки с помощью вычислительных моделей, валидировала дизайн на компьютерных симуляциях, а затем создала белковую структуру, манипулируя ее ДНК и конфигурацией аминокислот. Окончательные тесты проводились на клеточных культурах, и результаты оказались убедительными.

Потенциальное применение

В качестве гипотетического применения в синтетической биологии исследователи могли бы создать систему, подобную электронному полосовому фильтру, для регулирования доставки инсулина в зависимости от уровня глюкозы в крови. Сконструированные белки служили бы сенсорами, обнаруживающими высокий уровень глюкозы и запускающими высвобождение инсулина до нормализации уровня.

Эта фундаментальная разработка предоставляет важные инструменты и строительные блоки для будущего синтетической биологии, приближая создание более совершенных систем доставки лекарств, эффективных биореакторов и даже новых форм биологических объектов.