科學家研製出可計數事件的生物電路

科學家研製出可計數事件的生物電路

美國麻省理工大學和波士頓大學的工程師設計出了一種可以計算並“記憶”細胞事件的細胞，通過使一係列因子按照特定順序活動而形成的簡單電路來實現。
 
    這種電路與(yu) 電腦芯片中的類似，能夠用於(yu) 計數細胞分裂的次數或者研究某個(ge) 發展階段的順序，也能用作生物傳(chuan) 感器來計數不同毒素的方位。
 
    研究小組開發了兩(liang) 種細胞計數器，發表在5月29日的《科學》雜誌上。雖然這種細胞電路與(yu) 電腦的類似，研究者的意圖卻並非製造微型生物電腦。兩(liang) 篇論文的*作者之一，哈佛大學研究生Timothy Lu說：“我認為(wei) 生物電路並不一定能夠完成電腦能夠完成的事情。”
 
    他認為(wei) ，在細胞內(nei) 進行精細的計算將非常困難，因為(wei) 控製活細胞要比矽芯片困難的多。取而代之的是，研究者專(zhuan) 注於(yu) 設計微型的部件來完成特別的任務。
 
    另一名*作者Ari Friedland說：“我們(men) 的目標是設計一種能夠完成細胞一些方麵功能的工具”。其他幾名作者分別為(wei) 波士頓大學的研究生王曉（音），博士後石大偉(wei) （音），本科生George Church和生物工程教授James Collins。
 
    為(wei) 了便於(yu) 人們(men) 理解他們(men) 的概念，研究小組建立了一個(ge) 能夠計數的三個(ge) 細胞事件的電路。其實，理論上能夠計算的更多。*個(ge) 計數器被稱為(wei) RTC計數器，由一係列基因組成，每一個(ge) 基因能夠生成一個(ge) 蛋白質並按順序激活下一個(ge) 基因。
 
    在*個(ge) 事件（如，糖流入細胞中）的刺激下，細胞按順序產(chan) 生了*個(ge) 葡萄糖。一個(ge) RNA（核糖核酸）聚合酶開始引發第二個(ge) 蛋白質（另一種RNA聚合酶）的產(chan) 生。
 
    理論上，步驟的順序僅(jin) 僅(jin) 取決(jue) 於(yu) 不同RNA聚合酶菌的數量。Lu說“我們(men) 的目標是用這些基因庫建立越來越大的層疊”。計數器的時間以分鍾或小時計算，這使得它能夠追蹤細胞的分裂過程。這個(ge) 計數器將來可以用於(yu) 對衰老的研究。
 
    RTC計數器能夠被重啟後再次計數同一個(ge) 連續過程，但是它無法“記憶”曾經的計數。這個(ge) 團隊開發的第二個(ge) 計數器名叫DIC，它能夠編碼數字存儲(chu) ，存儲(chu) 連續的“比特”信息。
 
    這一過程有賴於(yu) 一種叫做轉化酵素的酶，它能截取DNA雙螺旋的一個(ge) 片段，並將它翻轉過來重新插入，從(cong) 而能夠按照預想改變DNA的順序。
 
    DIC計數器由一係列DNA序列組成，每一個(ge) 序列包含一種對應於(yu) 不同轉化酶的基因。當有事件觸發後，*個(ge) 轉化酶基因開始轉化重組，然後它將DNA序列進行翻轉，並在結束自己轉化的同時準備好第二個(ge) 轉錄過程需要的轉化酵素。當第二個(ge) 事件促發後，上麵的過程再次重複：第二個(ge) 轉化酵素生成，翻轉DNA序列，設置第三個(ge) 轉化酵素。係統的輸出取決(jue) 於(yu) 一個(ge) 輸出基因（如綠熒光蛋白基因）被插入到層疊中並且在某一特定的輸入後產(chan) 生出來的順序，或者取決(jue) 於(yu) 細胞DNA的順序。
 
    Lu說，這個(ge) 電路理論上可以進行00步（即被確認的不同轉化酶的種類數）。由於(yu) 它追蹤某種特定順序的激發，可用於(yu) 胚胎發育過程的研究。其他潛在的應用包括為(wei) 細胞編程使之成為(wei) 有害物質（如砷）的環境傳(chuan) 感器等。工程師也將能夠一個(ge) 輸入過程需要的時間來計數，並且這個(ge) 時間長度能夠落在兩(liang) 次輸入之間。這樣他們(men) 就能夠計數兩(liang) 個(ge) 事件而不是一個(ge) 。他們(men) 還能設計使細胞在某一特定數目的分裂後或者晝夜交替後死亡。

科學家研製出可計數事件的生物電路