编译：邓婷月
来源：
The
Economist
原文标题：Applications—The new stuff
1
智慧设计的使用
地球上的生命可以使用大约五百万种不同的蛋白质。我们并不清楚所有的蛋白质分别起到什么作用。即使在最简单的细菌中也存在科学家们无法清楚了解的蛋白质，但这些蛋白质对细菌却是至关重要的，因为没有这些蛋白质的基因细菌就会死亡。
虽然许多细节仍是模糊的，但成千上万种蛋白质相互协作所具备的能力是众所周知的，没错，生命的世界由蛋白质组成。从蒲公英的种子到珊瑚礁，从水母到大脑，生命所具有的所有化学和物理的性能都是由于蛋白质在起作用。
蛋白质能创造出木材和叶子，也能组成骨骼和肉。在距离Zymergen几个街区的地方，有一家名为BoltThreads的销售特殊布料的创业公司，他们也拥有自己的服装公司。这家公司销售的特殊布料是由构成蜘蛛丝的蛋白质，而皮革则由真菌菌丝体制成。他们正在研究这些材料的新物理特性，同时尽可能多的降低材料成本，并把这些特殊的布料提供给那些反对将蚕丝煮沸、在衣服上使用牛皮的人们。设计师Stella McCartney正在与该公司合作，将其特殊材料转变为一种纯素主义的时尚（vegan-friendly fashions）。
许多公司正在开发模仿肉类的味道或质地的产品。比如说位于旧金山湾的ImpossibleFoods公司供应一种广泛发现于一些植物的根部的豆血红蛋白，这种蛋白质是通过微生物工厂制造的。而这种蛋白质可以使植物制作出来的“impossible burgers”看起来很像是有血色的肉，但实际上完全没有肉的成分。包括Ginkgo在内的其他公司，也正在研究类似的产品。生产不依赖牲畜的“肉”可以说是一种符合趋势的技术。但对于那些重视环境但又不信任转基因的消费者来说，这项技术可能更吸引眼球。
一些投资者对此持保守态度，在一家风险投资公司Andreesen Horowitz负责管理生物类基金的VijayPande认为这些合成食物与早期的生物燃料的境况相似，而生物燃料领域曾受到石油价格下跌等严重的冲击。
他说，他听说很多公司创始人都在制造肉馅，而肉馅是一种低附加值的产品，只有不断制造更多的汉堡才能赚到钱。
他说至少有一家公司正在研究合成鹅肝，这种产品可以有效减少鹅的痛苦，同时可以以奢侈的价格出售。
尽管已经有很多种蛋白质被应用到食物和纤维的生产中来，但现存的五百多万种蛋白质中，仍然还有许多有待开发。很难想象为什么人们还需要更多的新的蛋白质种类。但等待着我们去探索的的确还有很多。
拿含有66个氨基酸的所有蛋白质举例。因为肽链中每个位置都有20种不同的氨基酸可能性，原则上有20
66
种这样的蛋白质，这数量与可见宇宙中的亚原子粒子数大致相同，而 66个氨基酸的蛋白质是极小的。
创造自然界从未出现的蛋白质是华盛顿大学的David Baker的课题。在21世纪初，David Baker博士是“基于氨基酸顺序预测天然蛋白质结构”领域的先驱者。通过氨基酸序列预测蛋白质结构是很难的，因为链条折叠的方式受到很多非常微妙的化学力的影响，这些化学力对最后的结构具有非常大的影响。但David Baker实验室却非常擅长解决这类问题，甚至创立了一家名为Arzeda的蛋白质设计公司。五年前，David Baker博士决定不在利用他学到的东西理解天然存在的蛋白，而是设计自然界从未出现过的新的蛋白。
这种蛋白质设计的一种用途可能是促进特定类型的晶格生长。生长在植物上的一些细菌进化出一种蛋白质，其产生的晶格与冰晶中的晶格相似，可以促进冰的“生长”，使霜更容易生长。例如在滑雪场，现在使用这些蛋白质来帮助制造雪。设计用于促进其他晶体生长的蛋白质可以帮助形成更有趣的东西，比如用于计算机半导体的原子晶格等。这种蛋白质设计的另一种用途可能是构建分子马达。Baker博士实验室的AlexisCourbet创造了一种可以在轴上旋转的蛋白质轮。这些微小的机械设备已经具有广阔的市场。人类每年会在移动电话运动传感器，汽车零部件和光路开关等微机电设备上花费200亿美元。尽管短期内该不太可能，但是基于蛋白质机制的机械设计可以产生更高水平的复杂度。
在一项新的研究中，DrBaker实验室的研究人员ZiboChen博士提出了一项引人注目的成果——蛋白经设计后能够精确地配对结合在一起。研究人员创造了一组像双螺旋中的DNA分子一样可以通过分子语言（实际上就像在DNA和RNA中形成氢键的过程）相互粘连的蛋白质。就像DNA分子一样，只有当两个分子互补时，它们才能粘在一起。在DNA中，互补性与碱基序列有关。在蛋白质中，Zibo Chen博士使每个蛋白质拥有独特的互补的蛋白质。他制作了一个由64种蛋白质组成的家族，每种蛋白质只与另外一种蛋白质结合，形成32对。
2
重编程细胞已经在影响癌症治疗
这样的设计可以使蛋白质在一定条件下可控的发挥功能，例如通过设计一种需要结合额外的模块才能完成其工作的蛋白质。
这样可以人为的通过软硬件对蛋白质进行功能明确的设计，从而提供一种不受自然机制的影响的重新编程细胞的方法。
目前，重编程细胞对方法广泛用于癌症治疗。
癌症治疗中最引人注目的进步是对免疫系统的T细胞进行重新设计，这些细胞在身体内进行巡逻，寻找其他的敌人（表面拥有特定蛋白质的细胞）。
所谓的CAR-T疗法始于嵌合抗原受体（CAR）的基因，CAR一种位于细胞表面的蛋白质。
可以通过编辑定制这个基因决定它产生的蛋白质会识别什么，在治疗中，通过编辑该基因使其可以识别患者癌细胞上的特异性蛋白质。
医生从体内取出T细胞，为它们配备癌症识别受体的基因，然后将它们再放回体内。
当CAR通过诱导蛋白识别出癌细胞时，会命令T细胞杀死它。
困扰CAR-T疗法发展的一个问题是CAR很难完美的识别癌症细胞，这意味着T细胞会攻击无辜的健康细胞，导致一些病人产生一些列严重的甚至致命的副作用。
因此Wendell Lim和他在加利福尼亚大学的同事们开发并改进了该系统。
他们使用一种名为Notch的蛋白质提高了CAR-T疗法的可靠性。
Notch蛋白质与CAR类似，它识别出外部特定蛋白质后会在细胞内产生信号。
Lim博士和他的团队创建了一个简单的双基因电路。
一个基因使细胞产生识别癌细胞表面特定分子的Notch蛋白。
另一个基因产生的CAR识别另一种癌细胞表面的特定分子。
CAR基因只有在线路接通时才会产生蛋白质，而开启该线路的信号开关则来自Notch蛋白质
。这意味着只有同时存在两个特定指示物时，细胞才会进行响应， 第一个指示物会激活Notch，从而产生识别第二个指示物的CAR。
在逻辑门门中将此称为“与门”：如果需要输出结果，则需要两个输入同时存在。
让这个看似简单的系统可靠地工作是很困难的。
但一旦有效的工作了，所带来的价值是巨大的。
Lim博士创立的公司CellDesign Labs解决了该问题，该公司在2017年底以5.67亿美元被Gilead收购，5.67亿美元比当时CellDesign Labs全部投资还要高出16倍以上。
Lim博士现在在研究更复杂的电路的可能性，例如需要三个信号同时激活（两个与门）或一个激活和剩下两个信号其中一个激活（一与门和或门）。
即使非常简单的电路也可能使细胞成为更具辨别力的治疗师。
癌症也并不是唯一的应用。
免疫系统的疾病可以通过从体内取出的细胞重新编程后放回机体中来治疗。
