在医学的显着发展中，科学家设计了一种名为LOCKR的新型人工蛋白，其行为类似于计算机电路，开启了创造“智能”细胞的可能性，其生物过程可以直接控制。
在医学中，何时应用特定疗法以及必须应用的程度至关重要。药物过多或过少，或药物过晚或过早，都会导致治疗无效，甚至危险。找到治疗的准确数量和时刻是医学上最大的挑战之一，到目前为止还没有一种有效的方法来做出这些决定。
现在，加利福尼亚大学旧金山分校(UCSF)和华盛顿大学(UW)的生物工程师齐聚一堂，为这一问题开发出一种非凡的新解决方案。一种完全人工的蛋白质，可以像电路一样操作，可以将细胞转变为“智能细胞”，可以确定它们何时受到损伤或感染，并在需要时准确提供必要的剂量。
通过计算机模拟，设计并合成在实验室中，这种新的蛋白质-它的生物工程师称之为锁存正交笼关键蛋白，或LOCKR，在详述2 篇论文在本周的杂志上发表Nature–是不同于中发现的任何蛋白质自然本身。
“尽管生物技术库中的许多工具都采用天然存在的分子，这些分子可以在实验室中重新利用，但LOCKR在自然界中没有对应物，”加州大学旧金山分校的生物化学和生物物理学家Kuo家庭教授Hana El-Samad说道。新研究。
“LOCKR是一种生物技术，是人类从头到尾构思和构建的。这为蛋白质与细胞的其他组分相互作用的方式提供了前所未有的控制水平，并使我们能够开始解决生物学中未解决的 – 以前无法解决的 – 问题，对医学和工业具有重要意义。“
其中一篇发表的论文描述了新蛋白质的结构，可以将其视为树干或储物柜 – 因此得名。在储物柜内，有一个分子“臂”可以设计用于操纵化学分子通过细胞的运动，分解特定的分子或蛋白质，甚至告诉细胞它需要自毁。
从字面上看，整个过程的关键是手臂被锁在蛋白质内部，除非引入另一个完全适合LOCKR锁定的化学键。如果没有化学键，LOCKR将保持不活动状态，完全是在没有电信号的情况下计算机电路处于非活动状态的方式。电路类比也不是侥幸，它是在蛋白质的设计中构建的。
“就像集成电路使计算机芯片行业大爆炸一样，这些多功能和动态生物开关可以很快解锁对活细胞行为的精确控制，最终实现我们的健康，”El-Samad说。
电路相互构建，以发展高度复杂的行为，使现代电子和计算能够发挥作用，因此开发类似于生物过程的东西的潜力不容低估。生物工程师发表的第二篇论文证明了细胞中这种电路构建行为的潜力。
使用名为degronLOCKR的LOCKR的修改版本，科学家们编写了降低特定蛋白质的工具。蛋白质的电路构建能力使团队能够在细胞内部创建一种调节机制，以响应内部和外部条件动态控制细胞活动。
每当degronLOCKR工具检测到某些细胞活动中断时，它就能够分解引发破坏的蛋白质，直到中断停止，之后会停用。如果再次发生中断，则degronLOCKR工具将重新激活并继续分解蛋白质直至细胞功能恢复正常。
“LOCKR，更具体地说，是degronLOCKR，开启了一个全新的领域，可以对细胞进行编程，以治疗尚无法获得安全有效治疗的各种衰弱状态，”Andrew Ng博士说，他是该研究的共同第一作者。这两篇论文在El-Samad实验室完成了他的博士研究。“有了这些技术，我们只能受到想象力的限制。”