深圳子科生物報(bào)道：萊斯大學(xué)的科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了一種合成蛋白開(kāi)關(guān)來(lái)控制細(xì)胞內(nèi)的電子流。 

這是一個(gè)概念驗(yàn)證，合成生物學(xué)家Joff Silberg的實(shí)驗(yàn)室讓細(xì)胞在引入一種化學(xué)物質(zhì)后，表達(dá)一種含金屬的蛋白質(zhì)，再被另一種化學(xué)物質(zhì)在功能上激活。如此，當(dāng)這些蛋白質(zhì)被放入細(xì)胞，它們就可被簡(jiǎn)單地打開(kāi)和關(guān)閉。

“這里的‘開(kāi)關(guān)’并非隱喻，而是由蛋白質(zhì)構(gòu)成的‘真’電開(kāi)關(guān)，”Silberg說(shuō)。研究發(fā)表在Nature Chemical Biology。“

這些蛋白質(zhì)可以促進(jìn)下一代生物電子學(xué)，例如，模仿電路組成完工細(xì)胞的生物電路。它可能的應(yīng)用包括，活體傳感器、化學(xué)合成代謝途徑的電子控制器、以及僅在有需要時(shí)才釋放藥物的活性藥丸。

生物學(xué)真的很擅長(zhǎng)傳感分子。想想細(xì)胞是多么復(fù)雜，蛋白質(zhì)到底如何進(jìn)化的，才能在信息的海洋里響應(yīng)一個(gè)特定信號(hào)。我們希望利用蛋白的精細(xì)控制能力構(gòu)建更精細(xì)的生物分子，并利用這些分子開(kāi)發(fā)有用的合成生物技術(shù)，Silberg說(shuō)。

萊斯大學(xué)團(tuán)隊(duì)利用蛋白的天然屬性。“天然蛋白質(zhì)在細(xì)胞里或多或少充當(dāng)著電線的作用，”系統(tǒng)、合成以及物理生物學(xué)研究生、文章一作Josh Atkinson說(shuō)。“如果我們能打開(kāi)和關(guān)閉這些通路，我們就能使細(xì)胞更有效地運(yùn)作。”

這種含鐵的蛋白質(zhì)開(kāi)關(guān)反應(yīng)速度很快，Silberg說(shuō)。“轉(zhuǎn)錄本，即使在快速生長(zhǎng)的大腸桿菌中，也需要等幾分鐘，相比之下，蛋白質(zhì)開(kāi)關(guān)是以秒為單位起作用的。”

為了制備這種開(kāi)關(guān)，研究人員需要一種穩(wěn)定的蛋白質(zhì)，沿著其肽骨架可靠地分裂，以允許插入使電路完整或破壞的蛋白質(zhì)片段。因此，他們從一種普通的鐵硫蛋白，鐵氧化還原蛋白（ferredoxin）開(kāi)始，這種蛋白能夠介導(dǎo)所有生命的電子轉(zhuǎn)移。

Atkinson將開(kāi)關(guān)嵌入大腸桿菌，在名為4-羥基他莫昔芬（4-hydroxytamoxifen）雌激素受體調(diào)節(jié)劑的誘導(dǎo)下閉合電路（開(kāi)），或在沒(méi)有4-羥基他莫昔芬的情況下斷路（關(guān)），或者利用合成塑料的雙酚A（bisphenol A，BPA）替代4-羥基他莫昔芬。

他們所使用的大腸桿菌是一株突變菌株，該菌株只在硫酸鹽培養(yǎng)基中生長(zhǎng)，需要鐵氧還原蛋白電子傳遞鏈的所有組成成分，包括電子供體和受體蛋白。只有這樣，當(dāng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)并按計(jì)劃傳輸電子時(shí)，細(xì)菌才能生長(zhǎng)。

Silberg說(shuō)，這一成果可以為許多設(shè)備量身定做開(kāi)關(guān)，這就是為什么我們一直對(duì)生物電子學(xué)這個(gè)概念如此熱衷。隨著合成生物學(xué)對(duì)設(shè)計(jì)的掌控力越來(lái)越強(qiáng)，整個(gè)領(lǐng)域正在興起。“一旦你能標(biāo)準(zhǔn)化這些，我們就能用各種各樣的單元格建造你能想到的任何東西。”

可能包括：智能藥片，按時(shí)按量自發(fā)釋放藥物；腸道生物檢測(cè)器，隨時(shí)匯報(bào)黑暗的腸道發(fā)生了哪些情況；一個(gè)細(xì)胞尺寸的完整電子電路……

“電容器和電阻器的許多工作都可以映射到新陳代謝上，直到現(xiàn)在，主要問(wèn)題是沒(méi)有開(kāi)關(guān)，”Silberg說(shuō)。

原文檢索：Metalloprotein switches that display chemical-dependent electron transfer in cells