合成生物学是一个高度跨学科的领域，它将生物学，化学和物理学与工程学相结合。其目标是设计具有新特性或功能的分子工厂和合成细胞，用于医疗保健，工业或生物和医学研究。这种人造系统是纳米级的，并且通过组合和组装现有的，合成的或工程化的构建块(例如，蛋白质)来构建。分子系统具有广泛的应用范围，例如用于化合物合成，废物处理，能量供应和医学诊断或治疗。

在此背景下，NCCR分子系统工程将来自不同学科的瑞士科学家聚集在一起，以激发创新，解决现有和未来的挑战。伯尔尼大学由NCCRMSE的Fotiadis实验室代表。

Nanomachines用于能量转换

提供能量的构件对于分子系统的驱动至关重要。光驱动的质子泵，如膜蛋白proteorhodopsin代表优秀的纳米机器，有效的能量转换。光能，例如太阳能，易于被蛋白质视紫红质接近并有效地用于跨膜建立质子梯度，其将两个不同的隔室分开。然后可以使用这种梯度来驱动分子系统的质子驱动的构建块，例如质子驱动的转运蛋白。活细胞通常使用质子梯度来驱动诸如通过转运蛋白进入和输出溶质和离子以及代谢物的合成等过程。

消除短路

使用常规方法将蛋白质视紫红质和膜蛋白组装成容器如脂质体或聚合物体(即由脂质或聚合物膜组成的球形结构)，观察到膜中的对称整合导致短路和建立失败质子梯度。因此，来自Fotiadis集团的成员，特别是DanielHarder博士和StephanHirschi，以及来自NCCRMSE的同事已经实施了化学品开关转换为proteorhodopsin，从而扩展了其多功能性并允许建立不对称的功能分布通过选择性地使两种可能的取向之一失活，膜中的蛋白质视紫红质蛋白质。

这种工程版的proteorhodopsin代表了第一个光驱动的质子泵和激励构建块，可以通过化学方式激活和去激活，以满足分子系统的要求。“这种多功能的能源提供构件在特定分子工厂中的可能应用代表了分子生产的光和太阳能，例如生命的通用能源货币ATP(三磷酸腺苷)和污染物的生物修复，如水中的抗生素资源，“Fotiadis说。