蛋白质纳米“计算机”问世，已进化出影响细胞行为的能力

研究人员进行活细胞成像实验，使用共聚焦显微镜研究细胞行为。图片来源：宾夕法尼亚州立大学生命科学研究所

美国宾夕法尼亚州立大学团队创建了用作电路的第一个基于蛋白质的纳米计算代理。在最新一期《科学进展》的论文中，研究人员描述了他们通过整合两个或对刺激作出反应的区域来设计目标蛋白。该目标蛋白可通过调整方向或空间位置来响应光和药物雷帕霉素。这使距离开发下一代细胞疗法又近了一步。

传统的细胞疗法，例如破坏癌细胞或促进损伤后组织再生的方法，需要时间让蛋白质表达和降解，并在此过程中消耗细胞能量。

科学家们此次设计直接产生所需作用的蛋白质，基于蛋白质的纳米计算代理直接响应刺激（输入），然后产生所需的动作（输出）。

测试中，团队将工程蛋白引入培养的活细胞中，再将培养的细胞暴露于刺激下。以前需要两个输入才能产生一个输出，但现在，新设计有两种可能的输出，输出取决于接收输入的顺序。如果首先检测到雷帕霉素，然后是光，则细胞将采用一个取向角度；但如果是相反的顺序接收刺激，则细胞会采用不同的取向角。

从理论上讲，嵌入纳米计算代理的输入越多，不同组合可能导致的潜在结果就越多。输入可能包括物理或化学刺激，输出可能包括细胞行为的变化，如细胞方向、迁移、修饰基因表达和免疫细胞对癌细胞的细胞毒性。

这种实验性概念验证为开发更复杂的纳米计算代理打开了大门。团队计划进一步尝试该技术的不同应用。这一研究成果可能成为下一代细胞疗法的基础，用于治疗多种疾病，如自身免疫性疾病、病毒感染、糖尿病、神经损伤和癌症。

相比于硅基计算机，人体是一台更强大、更巧夺天工的超级计算机。人体内每分每秒都进行着大量的逻辑运算，控制生物的新陈代谢、生长、应激、行为、思想。因此，用生物分子替代电子元件，有巨大的潜力。新研制的蛋白质计算器件类似晶体管，可由多个输入控制一个输出；它展示出在蛋白质中嵌入条件并控制其功能的潜力。科学家实现这样精细的控制，为制造下一代医疗设备，精准治疗各种疾病铺平了道路。