Kytkin solussa sähköistää elämää

Rice Universityn tutkijat käyttivät E. coli -bakteeria alustana testata proteiinikytkimiä, joita voidaan käyttää elektronien virtauksen hallintaan. Soluihin sijoitettuja proteiineja voidaan yksinkertaisesti kytkeä päälle ja pois kemiallisin signaalein.

Rice Universityn tutkijat ovat kehittäneet synteettisiä proteiinikytkimiä elektronien kulun hallintaan.

Biologi Joff Silberg ja jatko-opiskelija Josh Atkinson sekä heidän työtoverinsa ovat kehittäneet proteiinikytkimiä, joita voidaan käyttää elektronien virtauksen ohjaamiseen soluissa. Synteettiset proteiinit ovat yksi harvoista jäljellä olevista komponenteista, joita tarvitaan kaikkien elektronisten laitteiden matkimiseen soluissa.

Proteiinit voisivat helpottaa seuraavan sukupolven bioelektroniikkaa, mukaan lukien täydelliset biologiset piirit soluissa, jotka jäljittelevät sähköisiä vastineitaan. Mahdollisiin sovelluksiin kuuluvat elävät anturit, elektronisesti ohjatut metaboliset reitit kemialliselle synteesille ja aktiiviset pillerit, jotka tunnistavat ympäristöään ja vapauttavat lääkkeitä vain tarvittaessa.

Rice-tiimi haluaa hyödyntää molekyylien luontaisia kykyjä. "Luonnolliset proteiinit, jotka siirtävät elektroneja, toimivat enemmän tai vähemmän johteina," toteaa jatko-opiskelija Josh Atkinson. "Jos voimme kääntää nämä reitit päälle ja pois, voimme saada solut operoimaan tehokkaammin."

Ricen kehittämät metalloproteiinien kytkimet ovat nopeita, Silberg kertoo. Luonto yleensä ohjaa elektronivirtaa käyttämällä geneettisiä mekanismeja proteiinin "johdinten" tuotannon ohjaamiseksi. Luonnossa se tapahtuu hitaammin mutta proteiinikytkimet toimivat sekunneissa.

Kytkinrakenteeseensa tutkijat käyttivät vakaata proteiinia ja ferredoksiinia, joka on yleinen rauta-rikki-proteiini, joka välittää elektronien siirtoa kaikilla elämän aloilla. Itse kytkimet sulautettiin muunnettuun E. coli bakteeriin.

Bioteknologiassa voidaan jo toteuttaa paljon sellaista mitä sähköinsinööri tekee kondensaattoreiden ja vastusten kanssa aineenvaihduntaan, mutta nyt on kyseessä ensimmäinen kytkin.

Tutkijat ehdottivat, että useat kytkimet voivat myös muuttaa solun biologiseksi prosessoriksi. Ja sitten voimme nähdä digitaalisen rinnakkaisen käsittelyn solussa ja se muuttaa tapaa, jolla tarkastelemme biologiaa.

Aiheesta aiemmin:

Mikroelektroniikan ja biologisten rajan ylittäen

Anturi hien analysointiin