Forskare vid EPFL har utvecklat en teknik kallad optovolution som använder ljus för att evoluera proteiner som växlar tillstånd, känner av omgivningen och utför beräkningar. Genom att konstruera jästceller som endast överlever om proteinerna beter sig dynamiskt väljer metoden optimala varianter snabbt. Metoden, publicerad i Cell, främjar syntetisk biologi och optogenetik.
Evolutionen i naturen formar biologiska system genom selektion av effektiva variationer i DNA, RNA och proteiner. Människor har länge påverkat denna process, från selektiv avel i jordbruket till modern riktad evolution i laboratorier, som förbättrar proteiner som enzymer och antikroppar för medicin och industri. Traditional directed evolution applies constant pressure, favoring proteins active all the time. This overlooks the dynamic needs of many proteins, which act as switches or logic gates responding to changing conditions. Such methods often degrade switching abilities, complicating the creation of multi-state proteins. För att åtgärda detta introducerade Sahand Jamal Rahi och kolleger vid EPFL:s Laboratorium för fysiken hos biologiska system optovolution. Studien, publicerad i Cell den 9 mars 2026, beskriver hur ljus styr proteinevolutionen för dynamiska funktioner. Med knopptjäst Saccharomyces cerevisiae omdesignade forskarna cellcykeln så att celldelning beror på proteinets förmåga att växla mellan aktiva och inaktiva tillstånd. En regulator kopplad till proteinet styr cykeln: essentiell i en fas men toxisk i en annan. Proteiner som inte växlar korrekt stannar av eller dödar cellen. Optogenetik tillhandahåller tidsinställda ljusimpulser för att växla tillstånd, där varje 90-minuterscykel testar prestandan. Framgångsrika proteiner möjliggör överlevnad och reproduktion och automatiserar selektionen utan manuell inblandning. Optovolution gav 19 varianter av en ljusstyrd transkriptionsfaktor med förbättrad ljuskänslighet, lägre aktivitet i mörker eller respons på grönt ljus – en utmaning för varmare färger. Den evolverade också ett röd-ljus-system oberoende av kemiska kofaktorer, genom en mutation som inaktiverar ett jästtransportprotein för att utnyttja interna molekyler. Dessutom skapade teamet en transkriptionsfaktor som fungerar som en logikgrind och aktiverar gener endast vid simultana ljus- och kemiska signaler. Detta gör det möjligt för proteiner att känna av förändringar, fatta cellulära beslut och styra delning, vilket öppnar nya möjligheter inom syntetisk biologi, bioteknik och evolutionsforskning. Bidragsgivare inkluderar EPFL:s Laboratorium för protein- och cellteknik, University of Bayreuth och Lausanne University Hospital. Tidskriftsreferensen är Vojislav Gligorovski et al., 'Light-directed evolution of dynamic, multi-state, and computational protein functionalities,' Cell, 2026, DOI: 10.1016/j.cell.2026.02.002.
