第一个完全人造的蛋白质开关，在细胞里活了！

LOCKR在自然界没有相对应的存在，它与生物技术领域的每一个工具都是不同的，包括最近的技术，如光遗传学和CRISPR。

科学家们发明了第一个完全人造的蛋白质开关，它可在活细胞内工作，从而改变甚至征用细胞内复杂的电路。该开关被称为LOCKR。

7月24日发表在Nature杂志上的相关论文描述了LOCKR的设计，并演示了该技术的几种实际应用。这项工作是由华盛顿大学（UW）蛋白质设计医学研究所的David Baker和旧金山分校的Hana El Samad率领的生物工程团队完成的。

科学家们表明，LOCKR可被“编程”来改变基因表达，重新定向细胞运输，降解特定的蛋白质，并控制蛋白质结合的相互作用。研究人员还利用LOCKR构建了新的生物电路，其工作原理类似于自主传感器。这些电路检测来自细胞内部或外部环境的信号，并通过改变细胞作出反应。这类似于恒温器感应环境温度的方式，一旦达到所需的温度，就会引导加热或冷却系统自动关闭。

一旦被细胞组装起来，新开关最长的一侧仅8纳米。这句话这么长，需要超过一亿左右的蛋白来覆盖。

“利用设计蛋白控制细胞的能力开创了生物学的新纪元，”该文章的共同通讯作者，加州大学旧金山分校的生物化学和生物物理学教授El-Samad说。“就像集成电路促进了计算机芯片产业的爆炸一样，这些多功能和动态的生物开关很快就可以解锁对活细胞行为的精确控制，最终，控制我们的健康。”

LOCKR在自然界没有相对应的存在，它与生物技术领域的每一个工具都是不同的，包括最近的技术，如光遗传学和CRISPR。这些技术的前身属于自然，然后被重新加工用于实验室、工业或医学，但LOCKR是第一批完全由人类构想和建造的生物技术工具之一。

该文章的第一作者包括UW蛋白质设计医学研究所的Bobby Langan和Scott Boyken，以及参与加州大学伯克利分校-加州大学旧金山分校生物工程研究生项目的Andrew Ng。

“每个细胞都在对环境做出反应，”Langan说。“细胞接受刺激，然后必须想办法解决它。例如，它们利用细胞系统调节基因表达或降解蛋白质。”

Langan和他的同事们开始创造一种新的方式来与这些细胞系统进行交流互作。他们通过蛋白设计来创造自组装蛋白，这种自组装蛋白只在添加特定的分子“钥匙”后才呈现生物活性。

在酵母中安装LOCKR，研究小组证明基因工程真菌可以在研究人员设定的时间点降解特定的细胞蛋白。通过重新设计开关，他们也在实验室培养的人类细胞中证明了同样的效果。

为了保持健康，细胞必须严格控制其生化过程。仅仅一个基因的异常活动或错误蛋白质的积累会破坏细胞的平衡。这可能导致细胞死亡甚至癌症。LOCKR为科学家们提供了一种与活细胞相互作用的新方法。因此，它可以为癌症、自身免疫性疾病等多种疾病提供新的疗法。

“LOCKR为编程细胞开辟了一个全新的可能领域，”Ng说。“我们现在更多地是受到想象力和创造力的限制，而不是大自然所能进化出的蛋白限制。”

参考文献：

De novo design of bioactive protein switches