美研究人員讓活細胞像計算機一樣執行邏輯命令

　　據《自然》網站近日報道，美國麻省理工大學(MIT)科學家開發出一套簡單的基因模塊，能對輸入信號起反應，在活細胞中執行邏輯命令，就像計算機中所用的布爾邏輯門。研究人員指出，利用這些“基因線路”能追查一個細胞在何時到達其生命關鍵時刻，撥動基因開關改變細胞命運。相關論文發表在《自然?生物技術》雜志上。

　　邏輯與存儲是電子線路的兩大基本功能，由此才產生了各種復雜的反應。合成生物學旨在把電子工程中的概念引入到細胞生物學中，把基因功能作為電路組件。新研究由MIT合成生物學家蒂莫西?盧領導，他們開發的邏輯模塊以質粒為基礎，這里的質粒是一種環形的DNA鏈，將其插入大腸桿菌細胞中。并利用重組酶，將合成基因線路有效地組裝起來，不僅能執行布爾邏輯功能，還具有穩定的DNA編碼存儲功能。他們設計了16種質粒，在計算中能執行所有2-輸入-1- 輸出的布爾邏輯門。

　　執行計算的每個變量都包含啟動子、終結子和一個“輸出基因”，啟動子和終結子能打開或中止基因轉錄，輸出基因則編碼一個綠色熒光蛋白(GFP)。系統的關鍵是利用重組酶切斷并重排啟動子和終結子DNA序列，讓它們打開或關閉。重組酶好比輸入命令，決定了輸出基因能否被轉錄。比如在電子的“與”門中，給兩個輸入點通電會輸出一個正值;而在基因“與”門中，只有當終結子序列在中間，并且啟動子序列被兩個輸入重組酶中和時，輸出基因才會被轉錄而表達出一個綠色熒光蛋白。

　　在以往研究中，人們也曾利用重組酶將數據寫入DNA以便存儲，而新研究將這種理念更推進了一步，使DNA本身成為計算機的一部分。盧說，如果經過修改的DNA可作為調控元素，像啟動子序列或終結子序列那樣，就能控制細胞里的某些事情。

　　另一位MIT合成生物學家克里斯托弗?沃伊特說，這種人造模塊是一種“極其數字化且永久性的DNA信息存儲方式。它的邏輯能存儲多重經驗，如細胞曾遇到兩種環境會記住事件順序。”而且這種改變是永久性的，“在細胞死亡后，這些信息還能從它的DNA中提取出來。”研究人員還發現，改變了的質粒能代代相傳，至少能傳90代。

　　盧還指出，這種方法在生物技術中也非常有用。這些基因開關形式簡單易于訪問，如生產某種藥物，制造商可以培養一種細胞事先關閉其關鍵基因，當系統一切就緒后，輸入某種信號化合物激活這些關鍵基因，并保持永久性打開，以生產藥物。在達到某個臨界值時，再用其他開關來中止生產。