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科學家通過計算機編碼"黑入"活體細胞改變功能
http://it.dbw.cn   2016-04-08 16:09:58
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  麻省理工的科學家們使用一種簡單的計算機編程語言,成功“黑進”了活體細胞中,並對細胞的功能做出了輕微的修改。有了這樣的基礎,任何人都能輕松地為活體細胞寫入新的功能,從農業到醫藥,都有它的用武之地。

  人們可以用計算機程序設計出人造DNA,並將其嵌入大腸埃希氏菌中。在特定的條件下,如酸鹼度、葡萄糖、光線和溫度等條件發生變化時,電路的開關就會被啟動,並且該過程能夠實現“私人定制”。

  合成生物學是一個新的研究領域,即我們可以通過人為的操縱改變微生物的功能,如生產材料、吃掉廢棄物、甚至精確地將藥物送到人體內特定的地點等。

  該團隊設計的電路之一包含7個步驟,據稱是目前規模最大的生物電路。改良過的大腸埃希氏菌可以用來治療一些常見疾病,如乳糖不耐癥等。

  新浪科技訊北京時間4月6日消息,據國外媒體報道,科學家發明了一種足以使合成生物學發生革命性變化的新方法,使得我們對活體細胞的控制能力向前躍進了一大步。只需使用一種簡單的計算機編程語言,科學家就能“黑進”一個活體細胞中,並對細胞的功能做出輕微的修改。

  有了這樣的基礎,任何人都能輕松地為活體細胞寫入新的功能,讓它們執行各種各樣的任務。通過改變模仿物理電路的“DNA電路”的基因結構,美國的生物工程師們成功地改寫了細菌的“編碼”,根據環境因素改變了它們的功能。

  就像編寫計算機軟件一樣,科學家可以使用一種基於文本、並轉移到細胞DNA中的編程語言,為細胞編入新的功能。“這就像是為細菌設計的編程語言,”麻省理工的一名生物工程師克裡斯托弗·沃格特教授(Christopher Voigt)說道,“你可以先像用計算機編程一樣,使用文本語言,然後對其進行編輯,讓文本轉化為放入細胞中的DNA序列,電路就可以在細胞內部流通了。”

  合成生物學是一個新的研究領域,即我們可以通過人為的操縱改變微生物的功能,如生產材料、吃掉廢棄物、甚至精確地將藥物送到人體內特定的地點等。通過生成DNA電路,生物工程師們可以讓細胞按照特定的環境因素,遵循一系列邏輯步驟。

  例如,如果周圍的pH值降到了特定水平以下,一個基因開關就會啟動,從而加速某種特定蛋白質的分泌,如胰島素等。運用到實際當中,這意味著只要增加細胞周邊環境的酸性,就可以促進胰島素的分泌。

  麻省理工的研究團隊使用一種名為Verilog的編程語言,設計了一些邏輯電路,然後使用一種名叫Cello的系統,將其編入合成的DNA環狀分子(又名質粒)中。接下來,他們利用目前向微生物中添加新基因的技術,將這些人造質粒嵌入到大腸埃希氏菌中。

  這一方法非常簡單,即使在基因方面毫無經歷的人也可以設計出人造電路,只需使用一個負責將計算機代碼轉換成基因功能代碼的網絡程序,就能設計出一個電路,為細胞增添新的功能。

  “你可以對它的原理一無所知,但依然能照用不誤,這就是這種方法的特別之處。”沃格特說道,“你可能只是一名高中生,只需在網絡服務器上寫出你想要的程序,它就能自動轉化為DNA序列。”

  在實驗中,這支麻省理工的研究團隊根據一連串實驗結果,設計出一系列邏輯門,分別通往不同的路徑,並將其成功寫入了DNA中,並轉移進了大腸埃希氏菌的細胞裡。

  這些電路能夠檢測出不同的成分,如氧氣、葡萄糖,還有光線、溫度、酸鹼度及其它環境條件等。此外,這一過程還可以實現“私人訂制”,使用者可以向其中加入其它功能。該團隊設計的電路之一包含7個步驟,據稱是目前規模最大的生物電路。

  細胞會同時接收到多個輸入源,因此主要的挑戰在於,設計出的電路在細胞內部不能對彼此造成乾擾。雖然該系統是專為大腸埃希氏菌設計的,但該研究團隊表示,他們正在計劃對使用的編程語言稍加改動,好用在其它細菌身上,如在人類內髒中找到的細菌等。

  “建造這些電路本來可能要花上很多年工夫。但現在你只需要按下按鈕,就能立刻得到一段DNA序列、並用它進行測試了。”沃格特教授說道。(葉子)

 
作者:    來源: 新浪科技     編輯: 范洪軒
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