Programmierung von Logik in Proteine: intelligente Biomaterialien, die rechnen Die meisten heutigen "intelligenten" Biomaterialien reagieren auf einfache, eins-zu-eins-Weisen: Ein Eingang erzeugt einen Ausgang. Ein Hydrogel könnte ein Medikament freisetzen, wenn es Licht ausgesetzt wird, oder ein Nanopartikel könnte sich zersetzen, wenn es auf ein bestimmtes Enzym trifft. Aber die Biologie funktioniert selten so isoliert. Zellen und Gewebe verarbeiten ständig mehrere Signale gleichzeitig, und die nächsten Generationen von Biomaterialien müssen dasselbe tun – entscheiden, wann ein Protein freigesetzt, aktiviert oder lokalisiert wird, nur wenn die richtige Kombination von Auslösern vorhanden ist. Ryan Gharios und Mitautoren präsentieren einen Rahmen, der dies möglich macht. Anstatt sich auf langsame, ertragsschwache chemische Synthesen zu verlassen, kodieren sie AND/OR/YES-Logik direkt in Proteine während der rekombinanten Expression. Der Trick besteht darin, konstruierte Verbindungsstücke zu verwenden, deren Topologie das "Tor" definiert: Schnittstellen in Serie verhalten sich wie OR, parallel wie AND und eine einzelne Schnittstelle wie YES. Orthogonale Proteasen dienen als die "Eingänge", und das Material gibt seine Proteinladung nur frei, wenn die programmierte Logikbedingung erfüllt ist. Mit diesem Ansatz implementierte das Team alle 17 möglichen Logikverhalten mit drei Eingängen und erweiterte es sogar auf einen fünf Eingänge umfassenden Operator. Sie demonstrierten präzise Proteinfreisetzung von magnetischen Perlen, multiplexierte Lieferung von Hydrogelen, bedingte Markierung von HER2⁺-Zellen und intrazelluläre Programme, die entscheiden, ob ein Protein an der Membran bleibt oder in das Zytosol diffundiert. Der eigentliche Durchbruch ist die Skalierbarkeit. Da die Logik genetisch kodiert ist, können Designs schnell kompiliert, in Bakterien produziert und in großem Maßstab gereinigt werden – was die Tür zu programmierbaren Therapien, reaktionsfähigen Gerüsten für die Gewebeengineering und biohybriden Systemen öffnet, in denen lebende Zellen und Materialien gemeinsam rechnen. Diese Arbeit weist auf eine Zukunft hin, in der Biomaterialien nicht nur reagieren, sondern tatsächlich entscheiden – und die Boolesche Logik von digitalen Schaltungen in lebende Systeme bringen. Papier: