단백질 기반 나노 '컴퓨터'가 세포 행동에 영향을 미치는 능력으로 진화

플라톤에 의해 재발행

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26 년 2023 월 XNUMX 일 (나노 워크 뉴스) 펜스테이트 연구진이 회로 기능을 하는 최초의 단백질 기반 나노컴퓨팅 에이전트를 개발했다. 이 이정표를 통해 당뇨병 및 암과 같은 질병을 치료하기 위한 차세대 세포 기반 치료법 개발에 한 걸음 더 가까워졌습니다. 암세포를 파괴하거나 손상 후 조직 재생을 촉진하는 것과 같은 세포 기반 치료법에 대한 전통적인 합성 생물학 접근법은 세포 내에서 원하는 작용을 생성하는 단백질의 발현 또는 억제에 의존합니다. 이 접근법은 시간이 걸리고(단백질이 발현되고 분해되는 데) 그 과정에서 세포 에너지가 소모될 수 있습니다. Penn State College of Medicine과 Huck Institutes of the Life Sciences 연구원 팀은 다른 접근 방식을 취하고 있습니다. G. Thomas Passananti 교수이자 약리학과 연구 부회장인 Nikolay Dokholyan은 "우리는 원하는 작용을 직접적으로 생성하는 단백질을 엔지니어링하고 있습니다."라고 말했습니다. "우리의 단백질 기반 장치 또는 나노 컴퓨팅 에이전트는 자극(입력)에 직접 반응한 다음 원하는 동작(출력)을 생성합니다." 에 발표된 연구에서 과학의 발전 ("비교환적 조합 단백질 논리 회로는 나노 환경에서 세포 방향을 제어합니다"), Dokholyan과 생물정보학 및 유전체학 박사과정 학생 Jiaxing Chen이 나노 컴퓨팅 에이전트를 만드는 방법을 설명합니다. 그들은 두 개의 센서 도메인, 즉 자극에 반응하는 영역을 통합하여 표적 단백질을 조작했습니다. 이 경우 표적 단백질은 방향이나 공간에서의 위치를 조정하여 빛과 라파마이신이라는 약물에 반응합니다. 디자인을 테스트하기 위해 팀은 조작된 단백질을 배양 중인 살아있는 세포에 도입했습니다. 배양된 세포를 자극에 노출시킴으로써 그들은 세포가 센서 도메인의 자극에 노출된 후 세포 방향의 변화를 측정하는 장비를 사용했습니다. 이전에는 그들의 나노 컴퓨팅 에이전트는 하나의 출력을 생성하기 위해 두 개의 입력이 필요합니다.. 이제 Chen은 두 가지 가능한 출력이 있으며 출력은 입력이 수신되는 순서에 따라 달라진다고 말합니다. 라파마이신이 먼저 감지되고 이어서 빛이 감지되면 세포는 하나의 세포 방향 각도를 채택하지만 자극이 반대 순서로 수신되면 세포는 다른 방향 각도를 채택합니다. Chen은 이 실험적인 개념 증명이 보다 복잡한 나노 컴퓨팅 에이전트 개발의 문을 열어준다고 말했습니다. Chen은 "이론적으로 나노 컴퓨팅 에이전트에 더 많은 입력을 포함할수록 다양한 조합으로 인해 더 많은 잠재적 결과가 나올 수 있습니다"라고 말했습니다. "잠재적인 입력에는 물리적 또는 화학적 자극이 포함될 수 있으며 출력에는 세포 방향, 이동, 유전자 발현 수정 및 암세포에 대한 면역 세포 세포 독성과 같은 세포 행동의 변화가 포함될 수 있습니다." 연구팀은 나노 컴퓨팅 에이전트를 더욱 개발하고 이 기술의 다양한 응용을 실험할 계획입니다. Penn State Cancer Institute 및 Penn State Neuroscience Institute의 연구원인 Dokholyan은 그들의 개념이 언젠가 자가면역 질환, 바이러스 감염, 당뇨병, 신경 손상 및 암과 같은 다양한 질병에 대한 차세대 세포 기반 치료법의 기초를 형성할 수 있다고 말했습니다. .