美設(shè)計出可在活細胞內(nèi)進行計算的基因器件

據(jù)美國科學(xué)促進會網(wǎng)站3月28日報道，美國斯坦福大學(xué)的生物工程團隊設(shè)計出一種基因器件，可在個體活細胞中像晶體管一樣起作用，從而將計算從機械和電子帶入到生物學(xué)活細胞領(lǐng)域。研究團隊在28日出版的《科學(xué)》雜志上詳細描述了這種由遺傳物質(zhì)DNA（脫氧核糖核酸）和RNA（核糖核酸）制成的生物晶體管，并稱之為“轉(zhuǎn)錄器”。

論文第一作者、生物工程博士后杰羅姆·博內(nèi)特表示，與晶體管和電子器件相類似，轉(zhuǎn)錄器是對基因邏輯進行放大的關(guān)鍵組成部分。轉(zhuǎn)錄器的創(chuàng)建將允許工程師們在活細胞內(nèi)進行計算和記錄。當細胞暴露于某些外部刺激或環(huán)境因素，就能按需打開和關(guān)閉。

在電子設(shè)備中，晶體管控制電子沿著電路流動。同樣地，在生物設(shè)備中，轉(zhuǎn)錄器控制特定蛋白——RNA聚合酶沿著DNA鏈的流動。研究團隊已利用該轉(zhuǎn)錄器創(chuàng)建出電子工程中熟知的邏輯門。研究人員將這種以轉(zhuǎn)錄器為基礎(chǔ)的邏輯門稱為“布爾聚合酶邏輯”（BIL）門。

所有的現(xiàn)代計算機盡管存在外在差異，但都具有3個共同的基本功能：信息的存儲、傳輸和邏輯運算。基于轉(zhuǎn)錄器的門單獨并不能構(gòu)成一臺計算機，但它們是可在單個活細胞內(nèi)運行的生物計算機的第三個、也是最后一個器件。

在生物環(huán)境中，邏輯的可能性像在電子學(xué)中一樣是無限的。研究人員可測試一個給定細胞是否接觸到任何數(shù)量的外部刺激，如葡萄糖和咖啡因的存在。BIL門將決定是否將這些信息進行存儲，如此即可簡單地識別出細胞是否與外部刺激接觸。同樣，在某些因素下，也可告訴細胞開始或停止繁殖。將BIL門與研究團隊的生物學(xué)網(wǎng)絡(luò)進行連接，就有可能實現(xiàn)從細胞到細胞的遺傳信息交流，從而協(xié)調(diào)一組細胞的行為。

為了創(chuàng)建轉(zhuǎn)錄器和邏輯門，研究團隊使用了經(jīng)過仔細校準的酶組合，其能控制RNA聚合酶沿著DNA鏈的流動。DNA相當于電線，RNA聚合酶相當于電子。對6個基本邏輯門的設(shè)計和構(gòu)建是基于2種絲氨酸重組酶的活性基礎(chǔ)之上的。每個邏輯門由3個基因組成：2個為編碼輸入的基因，一個為輸出基因，該基因含有不同的轉(zhuǎn)錄控制元件（啟動子，終止子），而這些轉(zhuǎn)錄控制元件在其側(cè)面上具有重組酶識別位點。

該轉(zhuǎn)錄器獲得了介于生物學(xué)晶體管和半導(dǎo)體晶體管之間的一些類似重要功能：信號放大。聚合酶表達的微小變化，即可引起其他兩個基因表達的很大變化。此一結(jié)果或?qū)⒊蔀闃?gòu)建更大、更復(fù)雜基因電路的進身之階。（馮衛(wèi)東）