科學家們發明了第一個完全人造的蛋白質開關，它可在活細胞內工作，從而改變甚至征用細胞內復雜的電路。該開關被稱為LOCKR。
 
7月24日發表在Nature雜志上的相關論文描述了LOCKR的設計，并演示了該技術的幾種實際應用。這項工作是由華盛頓大學（UW）蛋白質設計醫學研究所的David Baker和舊金山分校的Hana El Samad率領的生物工程團隊完成的。

科學家們表明，LOCKR可被“編程”來改變基因表達，重新定向細胞運輸，降解特定的蛋白質，并控制蛋白質結合的相互作用。研究人員還利用LOCKR構建了新的生物電路，其工作原理類似于自主傳感器。這些電路檢測來自細胞內部或外部環境的信號，并通過改變細胞作出反應。這類似于恒溫器感應環境溫度的方式，一旦達到所需的溫度，就會引導加熱或冷卻系統自動關閉。

一旦被細胞組裝起來，新開關最長的一側僅8納米。這句話這么長，需要超過一億左右的蛋白來覆蓋。

“利用設計蛋白控制細胞的能力開創了生物學的新ji元，”該文章的共同通訊作者，加州大學舊金山分校的生物化學和生物物理學教授El-Samad說。“就像集成電路促進了計算機芯片產業的爆炸一樣，這些多功能和動態的生物開關很快就可以解鎖對活細胞行為的精確控制，最終，控制我們的健康。”

LOCKR在自然界沒有相對應的存在，它與生物技術領域的每一個工具都是不同的，包括最近的技術，如光遺傳學和CRISPR。這些技術的前身屬于自然，然后被重新加工用于實驗室、工業或醫學，但LOCKR是第一批完全由人類構想和建造的生物技術工具之一。

該文章的第一作者包括UW蛋白質設計醫學研究所的Bobby Langan和Scott Boyken，以及參與加州大學伯克利分校-加州大學舊金山分校生物工程研究生項目的Andrew Ng。

“每個細胞都在對環境做出反應，”Langan說。“細胞接受刺激，然后必須想辦法解決它。例如，它們利用細胞系統調節基因表達或降解蛋白質。”

Langan和他的同事們開始創造一種新的方式來與這些細胞系統進行交流互作。他們通過蛋白設計來創造自組裝蛋白，這種自組裝蛋白只在添加特定的分子“鑰匙”后才呈現生物活性。

在酵母中安裝LOCKR，研究小組證明基因工程真菌可以在研究人員設定的時間點降解特定的細胞蛋白。通過重新設計開關，他們也在實驗室培養的人類細胞中證明了同樣的效果。

為了保持健康，細胞必須嚴格控制其生化過程。僅僅一個基因的異常活動或錯誤蛋白質的積累會破壞細胞的平衡。這可能導致細胞死亡甚至癌癥。LOCKR為科學家們提供了一種與活細胞相互作用的新方法。因此，它可以為癌癥、自身免疫性疾病等多種疾病提供新的療法。

“LOCKR為編程細胞開辟了一個全新的可能領域，”Ng說。“我們現在更多地是受到想象力和創造力的限制，而不是大自然所能進化出的蛋白限制。”