ロジックをタンパク質にプログラミング:コンピューティングするスマートバイオマテリアル 今日の「スマート」生体材料のほとんどは、1 つの入力が 1 つの出力を生成するという、単純な 1 対 1 の方法で応答します。ヒドロゲルは光にさらされると薬物を放出したり、ナノ粒子が特定の酵素に遭遇すると分解したりする可能性があります。しかし、生物学がそのような孤立して機能することはめったにありません。細胞と組織は常に一度に複数のシグナルを処理しており、次世代の生体材料も同じことを行う必要があり、トリガーの適切な組み合わせが存在する場合にのみ、タンパク質をいつ放出、活性化、または局在化するかを決定する必要があります。 ライアン・ガリオスと共著者は、これを可能にするフレームワークを提示します。遅くて収率の低い化学合成に頼る代わりに、組換え発現中にAND/OR/YESロジックをタンパク質に直接コードします。コツは、トポロジーが「ゲート」を定義するエンジニアリングされたリンカーを使用することです:直列にカットされたサイトはORのように、並列にANDのように、単一のサイトはYESのように振る舞います。直交プロテアーゼは「入力」として機能し、材料はプログラムされた論理条件が満たされた場合にのみタンパク質貨物を放出します。 このアプローチにより、チームは 17 の可能な 3 入力ロジック動作をすべて実装し、それを 5 入力演算子に拡張しました。彼らは、磁気ビーズからの正確なタンパク質放出、ヒドロゲルからの多重送達、HER2⁺細胞の条件付き標識、およびタンパク質が膜にとどまるかサイトゾルに拡散するかを決定する細胞内プログラムを実証しました。 本当のブレークスルーはスケーラビリティです。ロジックは遺伝的にコード化されているため、デザインを迅速にコンパイルし、細菌で生成し、大規模に精製することができ、プログラム可能な治療法、組織工学のための応答性足場、生細胞と材料が一緒に計算されるバイオハイブリッドシステムへの扉が開かれます。 この研究は、生体材料が反応するだけでなく、実際に決定する未来、つまりブール論理をデジタル回路から生命システムに持ち込む未来を示しています。 紙：