科學家針對生物磷酸化過程開發(fā)出一套新工具，用于在人體細胞中定制感知和響應電路。

這項1月2日發(fā)表于《科學》的研究，代表了合成生物學領域的一項重大突破，有望改變自身免疫性疾病和癌癥等復雜疾病的治療方法。

“想象一下，細胞內(nèi)由蛋白質(zhì)組成的微小處理器可以‘決定’如何對炎癥、腫瘤生長標志物或血糖水平的特定信號作出反應?！闭撐牡谝蛔髡摺⒚绹R斯大學的研究生楊曉宇說，“這項工作使我們更接近于構(gòu)建能夠檢測疾病跡象并立即定制治療方案的‘智能細胞’?！?/p>

人工細胞電路的設計依賴于磷酸化——這是一種細胞對環(huán)境作出反應的自然過程，特征是向蛋白質(zhì)中添加磷酸基團。磷酸化涉及廣泛的細胞功能，包括將細胞外信號轉(zhuǎn)化為細胞內(nèi)反應，例如移動、分泌物質(zhì)、對病原體作出反應或表達基因。

在多細胞生物中，基于磷酸化的信號傳導通常涉及多階段的級聯(lián)效應，像多米諾骨牌一樣。之前在人類細胞中利用這種機制進行治療的嘗試主要集中在重新設計天然的信號通路上。然而，這些途徑的復雜性使其難以使用，因此效果相當有限。

得益于萊斯大學研究人員的新發(fā)現(xiàn)，基于磷酸化的“智能細胞”帶來的創(chuàng)新在未來幾年可能會有一個顯著突破。而促成這一突破的是視角的轉(zhuǎn)變。

磷酸化是一個連續(xù)的過程，由一系列相互關聯(lián)的循環(huán)展開，即從細胞輸入（細胞在環(huán)境中遇到或感覺到的東西）到輸出（細胞的反應）。研究小組意識到并著手證明了級聯(lián)中的每個循環(huán)都可以被視為一個基本單元，而這些單元可以按新的方式連接在一起，構(gòu)建連接細胞輸入和輸出的新途徑。

“這打開了信號電路設計的空間?！闭撐耐ㄓ嵶髡?、萊斯大學助理教授Caleb Bashor說，“我們的策略能夠設計出合成磷酸化回路，這些回路不僅具有高度可調(diào)性，而且可與細胞自身的過程并行運作，且不會影響細胞存活率或生長速度?！?/p>

這雖然聽起來很簡單，但要弄清楚如何構(gòu)建、連接和調(diào)整這些單元，包括細胞內(nèi)和細胞外輸出的設計絕非易事。

“我們不奢望我們設計的合成信號通路，能與人類細胞中的天然信號通路以相似的速度和效率運行。這需要大量的努力與合作才能實現(xiàn)。”楊曉宇說。

這種新的細胞電路設計的一個明顯優(yōu)勢是，磷酸化在幾秒鐘或幾分鐘內(nèi)就能迅速發(fā)生。而以前的許多合成電路設計都是基于不同的分子過程，如轉(zhuǎn)錄，可能需要幾個小時才能激活。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1126/science.adm8485

來源：中國科學報