將程式邏輯編碼到蛋白質中：能計算的智慧生物材料 當今大多數的「智慧」生物材料以簡單的一對一方式作出反應：一個輸入產生一個輸出。一種水凝膠可能在光照下釋放藥物，或一種納米顆粒可能在遇到某種酶時降解。但生物學很少以這種孤立的方式運作。細胞和組織不斷同時處理多個信號，下一代生物材料也需要做到這一點——只有在正確的觸發組合存在時，才決定何時釋放、激活或定位蛋白質。 Ryan Gharios 和合著者提出了一個使這一切成為可能的框架。他們不再依賴緩慢、低產量的化學合成，而是在重組表達過程中將 AND/OR/YES 邏輯直接編碼到蛋白質中。關鍵在於使用工程化的連接器，其拓撲結構定義了「閘」：串聯的切割位點表現得像 OR，並聯的則像 AND，而單一位點則像 YES。正交蛋白酶作為「輸入」，材料僅在編程邏輯條件滿足時釋放其蛋白質載荷。 通過這種方法，團隊實現了所有 17 種可能的三輸入邏輯行為，甚至將其擴展到五輸入運算符。他們展示了從磁珠中精確釋放蛋白質、從水凝膠中多重傳遞、HER2⁺ 細胞的條件標記，以及決定蛋白質是停留在膜上還是擴散到細胞質中的細胞內程序。 真正的突破在於可擴展性。由於邏輯是基因編碼的，設計可以快速編譯、在細菌中生產並大規模純化——為可編程療法、組織工程的響應性支架以及活細胞和材料共同計算的生物混合系統打開了大門。 這項工作指向了一個未來，在這裡生物材料不僅僅是反應，而是實際上做出決策——將布爾邏輯從數位電路帶入活系統。 論文：