計算機會(huì )不會(huì )變成很柔軟的東西呢？
興許，通過(guò)生物的方式就可以實(shí)現。波士頓大學(xué)合成生物學(xué)家Wilson Wong的團隊，提出一種方法，利用基因工程讓哺乳動(dòng)物的DNA能夠進(jìn)行復雜的計算，實(shí)際上就是把細胞變成生物計算機。
不過(guò)，遺憾的是，這個(gè)小組還未能讓這些被修改的細胞，進(jìn)行有效的工作。但是在這個(gè)思路上延續下去，這些研究者希望這種新的程序設計技術(shù)（programming techniques）可以提升人體健康，從癌癥治療到按需替換人體衰竭的器官。
讓工程細胞（Engineering cells）像小型計算機一樣工作，并不算很新鮮。作為合成生物學(xué)的一部分，世界各地的研究團隊，多年來(lái)一直操縱DNA細胞執行一些簡(jiǎn)單的操作，比如說(shuō)在氧氣水平下降進(jìn)行燃燒（lighting up ）。
到目前為止，這樣的實(shí)驗都局限在大腸桿菌和其他細菌當中。因為他們的DNA相對容易操作。研究人員還設法聯(lián)系多個(gè)基因電路，在一個(gè)細菌細胞進(jìn)行更復雜的計算。
科學(xué)家試圖將這項技術(shù)擴展到哺乳動(dòng)物的細胞當中，創(chuàng )造基因電路，從而幫助人類(lèi)檢測和治療疾病。但是構建哺乳動(dòng)物的大規?；螂娐坊旧隙际×?。因為對于復雜電路，每個(gè)組件，也就是不同基因打開(kāi)或關(guān)閉的現象必然不斷發(fā)生。
Wilson Wong介紹，復雜電路要想正常運行，就需要單個(gè)基因組件的開(kāi)關(guān)穩定工作。而基因打開(kāi)或關(guān)閉的最常見(jiàn)方法，是讓被稱(chēng)為轉錄因子（transcription factors）的蛋白質(zhì)與特定基因結合并調節其表達。問(wèn)題是這些轉錄因子表現不穩定。
為了升級他們的DNA“開(kāi)關(guān)”（DNA “switches” ），Wong和他的同事避開(kāi)了轉錄因子，而選擇使用剪切型酶來(lái)切換人腎細胞基因的開(kāi)關(guān)。這些酶被稱(chēng)為DNA重組酶（DNA recombinases），可以識別DNA上的兩個(gè)目標片段。兩個(gè)目標片段之間相距相距30-50個(gè)、以及甚至更多的堿基對。當剪切酶發(fā)現目標片段，會(huì )切掉之間的DNA片段，并將它們連接起來(lái)。
為了設計這個(gè)細胞電路。Wong的團隊采取了傳統的細胞機制，讀取一個(gè)細胞的DNA，讓基因轉錄成RNA，然后將RNA翻譯成蛋白質(zhì)。這種基因到蛋白質(zhì)（gene-to-protein）的操作，是由該基因上游的另一個(gè)DNA片段，作為啟動(dòng)子發(fā)起的。
當啟動(dòng)子激活時(shí)，一個(gè)叫RNA聚合酶的分子得到工作，游行到DNA鏈，產(chǎn)生一個(gè)RNA，直到觸及DNA的終止序列。
為了做成一個(gè)簡(jiǎn)單的電路，Wong的團隊在啟動(dòng)子加入了4個(gè)額外的DNA片段。其中主要的一個(gè)用來(lái)的生產(chǎn)綠色熒光蛋白（GFP），用來(lái)標記產(chǎn)生的細胞。在它前面是一個(gè)終止序列，兩側是兩個(gè)片段，它們會(huì )向重組酶發(fā)出信號。
Wong的團隊然后在同一細胞插入了另一個(gè)基因，來(lái)產(chǎn)生一個(gè)重組酶。這個(gè)重組酶需要綁定到一種特定的藥物才能激活，沒(méi)有這種藥物，重組酶將不會(huì )切斷DNA。
當啟動(dòng)子上游的GFP基因被激活，RNA聚合酶會(huì )一頭扎進(jìn)終止序列，停止閱讀DNA，也不再生產(chǎn)熒光蛋白。但是當藥物補充后，重組酶會(huì )開(kāi)啟，并拼接出終止序列，防止RNA聚合酶產(chǎn)生綠色熒光蛋白。
這個(gè)時(shí)候，細胞就開(kāi)始燃燒了。
此外，Wong的團隊還展示了，通過(guò)添加額外的重組酶和不同的目標鏈，他們可以建立各種各樣的電路，每個(gè)進(jìn)行不同的邏輯操作。
結果顯示，這個(gè)方法運行很好，團隊構建了113個(gè)電路，成功率為96.5%。這項成果發(fā)布在3月27日的《自然生物技術(shù)》上。
在進(jìn)一步的展示中，他們讓人體細胞產(chǎn)生了一個(gè)生物版的布林邏輯查找表（Boolean logic lookup table）。電路在這種情況下，有6種不同的輸入，可以以不同的方式結合起來(lái)，執行16種不同的邏輯操作。
麻省理工學(xué)院的合成生物學(xué)教授Timothy Lu表示：”這項成果很令人興奮，它代表了我們更大規模上設計哺乳動(dòng)物的電路?！?/p>
雖然，目前的電路只是一個(gè)概念驗證，但是Lu和Wong表示，合成生物學(xué)家想使用它們來(lái)創(chuàng )建新的醫學(xué)方法。
例如，科學(xué)家可以利用這項技術(shù)來(lái)操縱T細胞（它們是免疫系統的哨兵），檢測出癌細胞產(chǎn)生的生物標記物?；蛘邍L試設計干細胞，在不同信號提示時(shí)，發(fā)展成特定的細胞類(lèi)型，按需生成病人需要的身體組織，例如產(chǎn)生胰島素的β細胞，或生成軟骨的軟骨細胞等。
如果這項技術(shù)當真實(shí)現了，那么那些備受癌癥或器官衰竭困擾的人，就有了更多擁抱健康生活的可能，他們的生活中也就多一片曙光。
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