自然界中，蛋白质-蛋白质通讯是细胞内信息流调控的基础，例如转录因子（TF）与RNA聚合酶/核糖体的相互作用，这些过程促进了细胞信号与基因调控的整合，使细胞能够响应外部刺激。基于TF与RNA聚合酶自然通讯的体外转录/翻译（TXTL）系统已成功重建，并在生物传感、临床诊断、环境监测及可控生物合成等领域展现出广泛应用前景。然而，TXTL系统因转录-翻译机制复杂，响应时间长达数小时，且系统组成复杂，包含级联多酶体系、多种辅因子、大量合成底物及细胞裂解物，这对需要快速响应和简化系统的现场检测应用构成挑战。

近日，湖南大学化学化工学院的聂舟/雷春阳团队开发了一种配体响应的人工蛋白质-蛋白质通讯系统（ligand-responsive artificial protein-protein communication，LIRAC）。该系统通过合理设计嵌合DNA适配器（cDNA）并精确调控其与两种蛋白质的结合亲和力，实现了TF与CRISPR/Cas酶的快速高效通讯。LIRAC利用配体调节TF的别构效应，直接将配体诱导的构象变化转换为Cas酶的快速单酶响应。通过构建便携式检测装置与试纸条，该系统实现了环境化学物质的快速分析，验证了其在环境污染物现场分析中的应用潜力。

在CRISPR/Cas酶底物识别机制指导下，作者理性设计了cDNA，初步建立了TF与Cas12a酶的通讯。通过进一步调整结合动态，降低反应体系中游离cDNA比例及提高Cas12a酶的表观米氏常数值，实现了TF与Cas12a酶的高效通讯。

在此基础上，作者构建了响应四环素的LIRAC生物传感系统，能在10分钟内检出低至0.1 μM的四环素，相较于基于TXTL及体外转录的传统无细胞传感系统，在信号强度、响应速度及灵敏度方面均表现出显著优势。

LIRAC具有模块化特性，通过替换转录因子及调整cDNA序列，可拓展应用于不同类型目标物的分析。作者构建了便携式检测装置，实现了水样中铜离子等重金属离子的快速灵敏检测；结合酯酶转化反应，实现了个人护理用品中尼泊金酯防腐剂的可视化试纸条分析。

该工作建立了配体响应的人工蛋白质-蛋白质通讯系统，发展了具有快速响应、可调动态范围及便携式检测潜能的无细胞生物传感系统，为环境污染物的现场快速监测提供了新工具。