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      如何用計算機(jī)控制細(xì)胞群
      
			
      
				2018-12-17 11:43:27
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      來自巴斯德研究所和Inria的研究人員，來自CNRS和巴黎狄德羅大學(xué)的研究人員以及奧地利科學(xué)與技術(shù)研究所(IST)的研究人員在Nature Communications上發(fā)表了兩篇關(guān)于細(xì)胞過程計算機(jī)控制的文章。結(jié)合顯微鏡和軟件的混合實(shí)驗(yàn)平臺使研究人員能夠?qū)崟r地將活細(xì)胞與控制算法連接起來。這兩篇文章說明這些解決方案可以創(chuàng)建新的，易于重編程的細(xì)胞群行為。這種對活組織的外部控制將成為一種強(qiáng)大的研究工具，用于詳細(xì)了解某些蛋白質(zhì)的生物學(xué)作用并優(yōu)化生物生產(chǎn)過程。
      

      如何用計算機(jī)控制細(xì)胞群
      

      將生物學(xué)與工程學(xué)相結(jié)合的合成生物學(xué)的目標(biāo)是(重新)對細(xì)胞進(jìn)行編程，以便改善它們在特定任務(wù)中的表現(xiàn)，或者使它們能夠有效地執(zhí)行新任務(wù)。因此，該學(xué)科的挑戰(zhàn)之一是繞過現(xiàn)有生物系統(tǒng)的局限性。例如，即使它們在相同培養(yǎng)基中生長，也很難在不同細(xì)胞中獲得相同的基因表達(dá)。由于這些尖端技術(shù)，研究人員能夠在很長一段時間內(nèi)提供對細(xì)胞過程的同質(zhì)控制。
      

      來自巴斯德研究所和英國，CNRS和巴黎狄德羅大學(xué)以及IST奧地利的研究人員開發(fā)了兩個將顯微鏡連接到計算機(jī)的平臺。將細(xì)胞置于微流體裝置中，其中化學(xué)環(huán)境可以變化，或者細(xì)胞可以暴露于光刺激。計算機(jī)程序根據(jù)細(xì)胞觀察到的行為和實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)決定在化學(xué)或光照環(huán)境中進(jìn)行哪些修改。計算機(jī)還通過顯微鏡管理圖像采集及其分析，以實(shí)時量化細(xì)胞反應(yīng)。
      

      在第一篇文章中，來自巴斯德研究所和IST奧地利的兩個研究小組的研究人員利用光遺傳學(xué)通過將細(xì)胞暴露于光來激活基因的表達(dá)。熒光蛋白用于測量產(chǎn)生的蛋白質(zhì)的量。然后，使用系統(tǒng)模型的控制器可以基于單元的預(yù)期未來行為做出關(guān)于應(yīng)用哪些動態(tài)干擾的實(shí)時決策。由于研究人員創(chuàng)建的計算機(jī)程序，他們可以通過各種方式單獨(dú)控制每個單元，或者在多個單元之間創(chuàng)建虛擬通信，從而以易于重新配置的順序循環(huán)消息。“我們已經(jīng)設(shè)法建立了一個平臺，允許我們設(shè)計部分生物和部分虛擬的電路。
      

      在第二篇文章中，InBio部門負(fù)責(zé)人，CNRS /巴黎狄德羅大學(xué)的Pascal Hersen的合著者GrégoryBat解釋了他們?nèi)绾卧O(shè)法將蜂窩系統(tǒng)置于不穩(wěn)定的配置中：“我們設(shè)計了一個旨在強(qiáng)制推行的計算機(jī)程序細(xì)胞隨機(jī)進(jìn)行二元決策。為此，細(xì)胞被驅(qū)趕到山脊線上的不穩(wěn)定狀態(tài)的登山者區(qū)域 - 然后它們自由地向兩種可能的穩(wěn)定構(gòu)型中的一種進(jìn)化。出乎意料的是，我們觀察到，如果正確選擇，給定的刺激能夠?qū)⒉煌?xì)胞群組帶到不穩(wěn)定區(qū)域并將其保持在那里。這些結(jié)果有助于更清楚地了解細(xì)胞群體的情況。 在沒有個人協(xié)調(diào)的情
      

      這些文章中描述的科學(xué)進(jìn)步是通過今天互補(bǔ)的兩個學(xué)科之間的聯(lián)盟實(shí)現(xiàn)的：生物學(xué)和數(shù)字科學(xué)。巴斯德研究所和Inria之間的緊密合作，采用InBio聯(lián)合研究小組的形式，其目的是為實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞過程功能的定量理解開發(fā)方法框架，是跨學(xué)科研究結(jié)合價值的完美例證。方法學(xué)發(fā)展的實(shí)驗(yàn)方法。
      
			

			
        
      
			
      
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