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      科學家借用電子設備在活細胞中建立電路
      
			
      
				2018-12-28 10:10:39
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      活細胞必須不斷處理信息，以跟蹤周圍不斷變化的世界并得出適當?shù)捻憫＝?jīng)過數(shù)十億年的反復試驗，進化已經(jīng)達到了細胞水平的信息處理模式。在運行我們的計算機的微芯片中，信息處理功能將數(shù)據(jù)減少到明確的零和一。在細胞中，并非如此簡單。DNA，蛋白質(zhì)，脂質(zhì)和糖以復雜和分隔的結構排列。
      

      科學家借用電子設備在活細胞中建立電路
      

      但科學家們希望利用細胞的潛力作為可以應對疾病的生物計算機，有效地生產(chǎn)生物燃料或開發(fā)基于植物的化學品 - 不想等待進化來制造他們想要的細胞系統(tǒng)。
      

      在5月25日發(fā)表在Nature Communications上的一篇新論文中，一個由UW合成生物學研究人員組成的研究小組展示了一種在活細胞中進行數(shù)字信息處理的新方法，類似于電路中使用的邏輯門。他們構建了一組合成基因，這些基因在像NOR門這樣的細胞中起作用，通常用于電子學中，每個基因都接受兩個輸入，只有當兩個輸入都為負時才傳遞正信號。NOR門在功能上是完整的，這意味著可以將它們組裝成不同的布置以制造任何類型的信息處理電路。
      

      UW工程師使用DNA代替硅和焊料以及酵母細胞而不是電子工作臺來完成所有這些工作。研究人員建立的電路是迄今為止在歐洲核細胞中發(fā)表的最大的電路，與人類細胞一樣，它包含一個核和其他結構，可以實現(xiàn)復雜的行為。
      

      “雖然在細胞中實施簡單的程序永遠無法與硅中計算的速度或準確性相媲美，但遺傳程序可以直接與細胞環(huán)境相互作用，”資深作者和威斯康星大學電氣工程教授Eric Klavins說。“例如，患者中的重編程細胞可以在最相關的組織中做出有針對性的治療決策，從而無需復雜的診斷和廣譜的治療方法。”
      

      每個細胞NOR門由一個基因組成，該基因具有三個可編程的DNA-2段作為輸入，一個作為輸出。然后，作者利用一種名為CRISPR-Cas9的相對較新的技術來靶向細胞內(nèi)的特定DNA序列。Cas9蛋白質(zhì)就像電路中的分子守門員，坐在DNA上并確定特定的門是否有效。
      

      如果門是有效的，它表示一個信號，指示Cas9去激活電路中的另一個門。通過這種方式，研究人員可以將門“連線”在一起，在細胞中創(chuàng)建邏輯程序。
      

      研究人員表示，研究與以往工作的不同之處在于成功組裝的電路的規(guī)模和復雜性 - 其中包括多達7個串聯(lián)或并聯(lián)組裝的NOR 門。
      

      在這種尺寸下，電路可以通過從不同的環(huán)境傳感器獲取信息并執(zhí)行計算來確定正確的響應，從而開始執(zhí)行真正有用的行為。想象的應用包括可以感知和響應癌癥標記或細胞生物傳感器的工程化免疫細胞，可以輕松診斷患者組織中的傳染病。
      

      研究人員表示，細胞內(nèi)的這些大DNA 電路是實現(xiàn)活細胞編程能力的重要一步。它們提供了一個框架，可以輕松實現(xiàn)邏輯程序以控制細胞功能和狀態(tài)。
      
			

			
        
      
			
      
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