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科学科学家研制出可计数事件的生物电路

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来源: 作者: 2019-05-16 18:46:43

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据逐日科学5月31道,美国麻省理工大学和波士顿大学的工程师设计出了一种可以计算并“记忆”细胞事件的细胞,通过使一系列因子依照特定顺序活动而构成的简单电路来实现。这类电路与电脑芯片中的类似,能够用于计数细胞分裂的次数或者研究某个发展阶段的顺序,也能用作生物传感器来计数不同毒素的方位。研究小组开发了两种细胞计数器,发表在5月29日的《科学》杂志上。虽然这种细胞电路与电脑的类似,研究者的意图却并非制造微型生物电脑。两篇论文的第一作者之一,哈佛大学研究生Timothy Lu说:“我认为生物电路并不一定能够完成电脑能够完成的事情。”他认为,在细胞内进行精细的计算将非常困难,由于控制活细胞要比硅芯片困难的多。取而代之的是,研究者专注于设计微型的部件来完成特别的任务。另一名第一作者Ari Friedland说:“我们的目标是设计一种能够完成细胞一些方面功能的工具”。其他几名作者分别为波士顿大学的研究生王晓(音),博士后石大伟(音),本科生George Church和生物工程教授James Collins。为了便于人们理解他们的概念,研究小组建立了一个能够计数的三个细胞事件的电路。其实,理论上能够计算的更多。第一个计数器被称为RTC计数器,由一系列基因组成,每一个基因能够生成一个蛋白质并按顺序激活下一个基因。在第一个事件(如,糖流入细胞中)的刺激下,细胞按顺序产生了第一个葡萄糖。一个RNA(核糖核酸)聚合酶开始引发第二个蛋白质(另一种RNA聚合酶)的产生。理论上,步骤的顺序仅仅取决于不同RNA聚合酶菌的数量。Lu说“我们的目标是用这些基因库建立越来越大的层叠”。计数器的时间以分钟或小时计算,这使得它能够追踪细胞的分裂进程。这个计数器将来可以用于对衰老的研究。RTC计数器能够被重启后再次计数同一个连续过程,但是它无法“记忆”曾经的计数。这个团队开黑作坊里加了工业盐的致癌毒花生
发的第二个计数器名叫DIC,它能够编码数字存储,存储连续的“比特”信息。这1过程有赖于一种叫做转化酵素的酶,它能截取DNA双螺旋的一个片断,并将它翻转过来重新插入,从而能够依照料想改变DNA的顺序。DIC计数器由一系列DNA序列组成,每一个序列包含一种对应于不同转化酶的基因。当有事件触发后,第一个转化酶基因开始转化重组,然后它将DNA序列进行翻转,并在结束自己转化的同时准备好平静表象下的LTE专利风险
第二个转录过程需要的转化酵素。当第二个事件促发后,上面的过程再次重复:第二个转化酵素生成,翻转DNA序列,设置第三个转化酵素。系统的输出取决于一个输出基因(如绿荧光蛋白基因)被插入到层叠中并且在某一特定的输入后产生出来的顺序,或者取决于细胞DNA的顺序。Lu说,这个电路理论上可以进行100步(即被确认的不同转化酶的种类数)。由于它追踪某种特定顺序的激发,可用于胚胎发育过程的研究。其他潜伏的应用包括为细胞编程使之成为有害物质(如砷)的环境传感器等。工程师也将能够指定一个输入过程需要的时间来计数,并且这个时间长度能够落在两次输入之间。这样他们就能够计数两个事件而不是一个。他们还能设计使细胞在某一特定数目的分裂后或昼夜交替后死亡。

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