新研究將哺乳動物細胞轉化為生物計算機

基因電路

在自然生物技術雜誌發表的一項新研究中，由合成生物學家Wilson Wong領導的波士頓大學研究團隊設法將哺乳動物細胞轉化為能夠進行複雜計算的生物計算機。這種非凡的成就是在人類腎細胞的基因內進行的。

在他們的研究中，基因迴路本身是用一種稱為啟動子的細胞中的現有機械來設計的。該DNA片段將細胞的DNA轉錄成RNA，然後將其轉化為蛋白質。研究人員依靠稱為DNA重組酶的剪刀狀酶，通過切割選定的片段來充當基因的開關。Wong的團隊在一個啟動子之後插入了四個額外的DNA片段。其中一個片段被設計成產生綠色熒光蛋白（GFP），當由特定的藥物接通時，它們照亮細胞。

使用他們的技術，Wong和他的團隊能夠建立113個不同的電路，成功率達96.5％。這些不同的電路是使用不同的重組酶和不同的靶鏈進行工程設計的。也許他們最偉大的成就是能夠使用六個不同的輸入電路，從人類細胞中生成布爾邏輯檢索表。

麻省理工學院的合成生物學家Timothy Lu說：「這是令人興奮的，因為它代表了我們可以設計哺乳動物基因電路的另一種尺度。」

複雜生物計算

其核心是計算機是通過執行計算來處理信息的機器。計算機電路越強大，計算越複雜。以類似的方式，細胞基因工程作為小型計算機工作，可能或多或少地依賴於它們的工程。

在Wong的團隊工作之前，其他研究人員已經對有機材料的基因進行了遺傳工程，以執行計算任務，例如當氧氣含量下降時使細胞發光。然而，這些簡單的生物計算機僅限於相對容易地操縱大腸桿菌或其他細菌的基因。

Wong認為，哺乳動物細胞很難被用作基因迴路，因為它們依賴於轉錄因子的能力來轉化特定基因，所有行為略有不同。依靠DNA重組酶，可以讓波士頓大學研究人員避免這個問題。

Wong的團隊還沒有設法使這些修改後的細胞做計算工作，這實際上是有用的，但這種概念驗證研究為複雜的生物計算鋪平了道路。最終，人類細胞遺傳工程進行複雜的計算任務可能對醫學研究和治療的發展非常有益。一方面，它可以改善癌症治療。根據Timothy Lu的說法，我們可能會在免疫系統中設計T細胞，以消滅通過生物標誌物檢測到的腫瘤。該方法還可以提高我們生成按需組織以更換損壞或磨損的身體部位的能力。

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