Биологи из Федеральной политехнической школы Лозанны (Швейцария) представили метод оптоволюции (optovolution) — способ выращивания белков со сложным динамическим поведением с помощью световых импульсов.
Инженерам удалось модифицировать клетки дрожжей таким образом, чтобы выживали только те микроорганизмы, чьи белки правильно меняли свое состояние в ответ на строго определенное освещение. Статья с результатами работы опубликована в журнале Cell.
За основу был взят опсин — светочувствительный белок, встречающийся в глазах и мозге рыбок данио-рерио. Путем множества циклов ускоренных мутаций этого белка и отсева исследователи получили совершенно новые вариации молекул. Одним из главных достижений стало создание белка, выполняющего роль логического вентиля «И» (AND), который активирует нужные гены только при одновременном присутствии двух разных сигналов.
Традиционно направленная эволюция требует сложного и долгого химического отбора. Оптоволюция автоматизирует этот процесс. Клетки облучаются лазерами разных цветов, и если белок внутри дрожжевой клетки реагирует правильно, клетка получает команду на размножение. Ошибочные мутации приводят к естественной гибели микроорганизма.
Создание белкового логического вентиля — это прорыв в программировании живых систем. Подобно транзисторам в компьютерном процессоре, такие белки могут анализировать несколько внешних факторов одновременно. Например, они способны запустить выработку лекарства внутри организма только в том случае, если одновременно фиксируют наличие маркеров воспаления и определенную температуру.
Новые светочувствительные модули значительно расширяют арсенал оптогенетики — науки об управлении нейронами и клетками с помощью света. Ученые получили белки, реагирующие на новые длины волн. Это позволяет управлять различными процессами в одной клетке параллельно, не смешивая сигналы, и открывает путь к созданию сверхточных биосенсоров и программируемых клеточных фабрик.
Ранее Наука Mail рассказывала, что
