Lập trình logic vào protein: vật liệu sinh học thông minh có khả năng tính toán Hầu hết các vật liệu sinh học "thông minh" ngày nay phản ứng theo cách đơn giản, một-một: một đầu vào tạo ra một đầu ra. Một hydrogel có thể giải phóng một loại thuốc khi tiếp xúc với ánh sáng, hoặc một hạt nano có thể phân hủy khi gặp một loại enzyme nhất định. Nhưng sinh học hiếm khi hoạt động trong sự cô lập như vậy. Các tế bào và mô liên tục xử lý nhiều tín hiệu cùng một lúc, và các vật liệu sinh học thế hệ tiếp theo sẽ cần phải làm điều tương tự—quyết định khi nào giải phóng, kích hoạt hoặc định vị một protein chỉ khi có sự kết hợp đúng của các kích thích. Ryan Gharios và các đồng tác giả trình bày một khung làm cho điều này trở nên khả thi. Thay vì dựa vào các tổng hợp hóa học chậm và có năng suất thấp, họ mã hóa logic AND/OR/YES trực tiếp vào protein trong quá trình biểu hiện tái tổ hợp. Mẹo là sử dụng các liên kết được thiết kế mà hình thái của chúng xác định "cổng": các vị trí cắt theo chuỗi hoạt động như OR, theo song song như AND, và một vị trí duy nhất như YES. Các protease độc lập hoạt động như "đầu vào", và vật liệu chỉ giải phóng hàng hóa protein của nó khi điều kiện logic đã được lập trình được đáp ứng. Với cách tiếp cận này, nhóm đã thực hiện tất cả 17 hành vi logic ba đầu vào có thể và thậm chí mở rộng nó đến một bộ điều khiển năm đầu vào. Họ đã chứng minh việc giải phóng protein chính xác từ các hạt từ tính, việc giao hàng đa dạng từ các hydrogel, việc gán nhãn có điều kiện cho các tế bào HER2⁺, và các chương trình nội bào quyết định xem một protein có ở lại màng hay khuếch tán vào tế bào chất. Bước đột phá thực sự là khả năng mở rộng. Bởi vì logic được mã hóa gen, các thiết kế có thể được biên dịch nhanh chóng, sản xuất trong vi khuẩn, và tinh chế quy mô lớn—mở ra cánh cửa cho các liệu pháp lập trình, các khung phản ứng cho kỹ thuật mô, và các hệ thống sinh học lai nơi các tế bào sống và vật liệu tính toán cùng nhau. Công trình này chỉ ra một tương lai nơi các vật liệu sinh học không chỉ phản ứng, mà thực sự quyết định—mang logic Boolean từ các mạch số vào các hệ thống sống. Bài báo: