莱斯大学的生物工程师发明了一种新的构建工具，可以在人体细胞中创建独特的感知和反应电路。这项研究发表在杂志上科学这是合成生物学的重大进步，有可能改变癌症和自身免疫性疾病等疑难疾病的治疗方法。
磷酸化是一种自然过程，细胞通过在蛋白质上添加磷酸基团来与周围环境发生反应，这是设计人工细胞回路的新方法的基础。
细胞外信号转化为细胞内反应，如移动、分泌物质、对病原体作出反应或表达基因，是磷酸化发挥作用的许多细胞过程之一。
在多细胞生物中，基于磷酸化的信号通常具有多阶段级联效应，类似于多米诺骨牌倒下。重组原生的、预先存在的信号通路一直是先前尝试在人类细胞中使用这种机制进行治疗的主要焦点。然而，由于路径的复杂性，应用仍然相对有限，这使得它们具有挑战性。
然而，由于莱斯大学研究人员的发现，基于磷酸化的“智能细胞”工程进展可能会在未来几年显著增加。这一突破是由于观点的改变而成为可能的：
从细胞输入，也就是细胞对周围环境的体验或感知到的东西到细胞输出，也就是说，细胞的反应磷酸化是一个连续的过程，是一系列相互关联的循环。
级联中的每个周期都可以被视为一个基本单元，这些单元可以以新颖的方式连接起来，创造出连接细胞输入和输出的全新途径。这就是研究小组发现并着手证明的。
虽然这看起来很简单，但很难找出构建、连接和微调单元的指导方针，包括细胞内和细胞外输出的设计。此外，人造电路可以在活细胞中构建和使用，这是不可能的。
原生磷酸化级联将弱输入信号放大为宏观输出的能力是一种关键的系统级能力，可以通过自己动手的模块化方法复制到细胞电路设计中。
新框架作为合成生物学的基本工具的价值进一步得到了实验观察的支持，这证实了该团队的定量建模预测。
由于磷酸化在几秒钟或几分钟内迅速发生，新的合成磷酸化信号通路可能能够被编程以对发生在可比时间尺度上的生理事件作出反应。
这是感知和响应细胞电路设计新方法的另一个明显好处。另一方面，许多早期的人工电路设计依赖于各种分子机制，如转录，这可能需要几个小时才能启动。
研究人员还检查了神经回路对外界刺激（如炎症因素）的敏感性和反应性。该团队通过使用该框架来设计能够识别这些变量的细胞回路，从而潜在地减少免疫治疗相关的毒性并控制自身免疫突发事件，从而证明了该框架的转化潜力。
Bashor说：“我们的研究证明，在人类细胞中构建可编程电路是可能的，它可以快速准确地对信号做出反应，这是工程合成磷酸化电路的构建套件的第一份报告。”
Bashor是Rice合成生物学研究所的副主任，该研究所于今年早些时候成立，旨在利用Rice在该领域的广泛知识并鼓励团队合作研究。
据研究所所长卡罗琳·阿乔·富兰克林说，这项研究的结果是莱斯大学研究人员在合成生物学领域开创性工作的一个例证。
“如果说在过去的20年里，合成生物学家已经学会了如何操纵细菌对环境线索的逐渐反应方式，那么Bashor实验室的工作将我们推向了控制哺乳动物细胞对变化的即时反应的新前沿，”生物科学、生物工程、化学和生物分子工程教授、德克萨斯州癌症预防和研究所学者阿乔·富兰克林说。
