Programowanie logiki w białkach: inteligentne biomateriały, które obliczają Większość dzisiejszych „inteligentnych” biomateriałów reaguje w prosty, jeden-do-jednego sposób: jeden sygnał produkuje jeden wynik. Hydrożel może uwalniać lek pod wpływem światła, lub nanopartykuła może ulegać degradacji, gdy napotyka określony enzym. Jednak biologia rzadko działa w takiej izolacji. Komórki i tkanki nieustannie przetwarzają wiele sygnałów jednocześnie, a biomateriały nowej generacji będą musiały robić to samo — decydując, kiedy uwolnić, aktywować lub zlokalizować białko tylko wtedy, gdy obecna jest odpowiednia kombinacja sygnałów. Ryan Gharios i współautorzy przedstawiają ramy, które to umożliwiają. Zamiast polegać na wolnych, niskowydajnych syntezach chemicznych, kodują logikę AND/OR/YES bezpośrednio w białkach podczas ekspresji rekombinacyjnej. Sztuczka polega na użyciu zaprojektowanych łączników, których topologia definiuje „bramkę”: miejsca cięcia w szeregach zachowują się jak OR, równolegle jak AND, a pojedyncze miejsce jak YES. Ortogonalne proteazy służą jako „wejścia”, a materiał uwalnia swój ładunek białkowy tylko wtedy, gdy spełniony jest zaprogramowany warunek logiczny. Dzięki temu podejściu zespół wdrożył wszystkie 17 możliwych zachowań logicznych z trzema wejściami i nawet rozszerzył je do operatora pięcio-wejściowego. Zademonstrowali precyzyjne uwalnianie białka z magnetycznych kulek, wielokrotne dostarczanie z hydrożeli, warunkowe znakowanie komórek HER2⁺ oraz programy wewnątrzkomórkowe, które decydują, czy białko pozostaje w błonie, czy dyfunduje do cytosolu. Prawdziwym przełomem jest skalowalność. Ponieważ logika jest genetycznie zakodowana, projekty mogą być szybko kompilowane, produkowane w bakteriach i oczyszczane na dużą skalę — otwierając drzwi do programowalnych terapii, responsywnych rusztowań do inżynierii tkankowej oraz systemów biohybrydowych, w których żywe komórki i materiały obliczają razem. Ta praca wskazuje na przyszłość, w której biomateriały nie tylko reagują, ale faktycznie decydują — przenosząc logikę Boole'a z obwodów cyfrowych do systemów żywych. Artykuł: