深圳子科生物報道：萊斯大學的科學家們開發了一種合成蛋白開關來控制細胞內的電子流。 

這是一個概念驗證，合成生物學家Joff Silberg的實驗室讓細胞在引入一種化學物質后，表達一種含金屬的蛋白質，再被另一種化學物質在功能上激活。如此，當這些蛋白質被放入細胞，它們就可被簡單地打開和關閉。

“這里的‘開關’并非隱喻，而是由蛋白質構成的‘真’電開關，”Silberg說。研究發表在Nature Chemical Biology。“

這些蛋白質可以促進下一代生物電子學，例如，模仿電路組成完工細胞的生物電路。它可能的應用包括，活體傳感器、化學合成代謝途徑的電子控制器、以及僅在有需要時才釋放藥物的活性藥丸。

生物學真的很擅長傳感分子。想想細胞是多么復雜，蛋白質到底如何進化的，才能在信息的海洋里響應一個特定信號。我們希望利用蛋白的精細控制能力構建更精細的生物分子，并利用這些分子開發有用的合成生物技術，Silberg說。

萊斯大學團隊利用蛋白的天然屬性。“天然蛋白質在細胞里或多或少充當著電線的作用，”系統、合成以及物理生物學研究生、文章一作Josh Atkinson說。“如果我們能打開和關閉這些通路，我們就能使細胞更有效地運作。”

這種含鐵的蛋白質開關反應速度很快，Silberg說。“轉錄本，即使在快速生長的大腸桿菌中，也需要等幾分鐘，相比之下，蛋白質開關是以秒為單位起作用的。”

為了制備這種開關，研究人員需要一種穩定的蛋白質，沿著其肽骨架可靠地分裂，以允許插入使電路完整或破壞的蛋白質片段。因此，他們從一種普通的鐵硫蛋白，鐵氧化還原蛋白（ferredoxin）開始，這種蛋白能夠介導所有生命的電子轉移。

Atkinson將開關嵌入大腸桿菌，在名為4-羥基他莫昔芬（4-hydroxytamoxifen）雌激素受體調節劑的誘導下閉合電路（開），或在沒有4-羥基他莫昔芬的情況下斷路（關），或者利用合成塑料的雙酚A（bisphenol A，BPA）替代4-羥基他莫昔芬。

他們所使用的大腸桿菌是一株突變菌株，該菌株只在硫酸鹽培養基中生長，需要鐵氧還原蛋白電子傳遞鏈的所有組成成分，包括電子供體和受體蛋白。只有這樣，當開關打開并按計劃傳輸電子時，細菌才能生長。

Silberg說，這一成果可以為許多設備量身定做開關，這就是為什么我們一直對生物電子學這個概念如此熱衷。隨著合成生物學對設計的掌控力越來越強，整個領域正在興起。“一旦你能標準化這些，我們就能用各種各樣的單元格建造你能想到的任何東西。”

可能包括：智能藥片，按時按量自發釋放藥物；腸道生物檢測器，隨時匯報黑暗的腸道發生了哪些情況；一個細胞尺寸的完整電子電路……

“電容器和電阻器的許多工作都可以映射到新陳代謝上，直到現在，主要問題是沒有開關，”Silberg說。

原文檢索：Metalloprotein switches that display chemical-dependent electron transfer in cells