科学家通过计算机编码"黑入"活体细胞改变功能



科学家通过计算机编码"黑入"活体细胞改变功能

据国外媒体报道，科学家发明了一种足以使合成生物学发生革命性变化的新方法，使得我们对活体细胞的控制能力向前跃进了一大步。只需使用一种简单的计算机编程语言，科学家就能“黑进”一个活体细胞中，并对细胞的功能做出轻微的修改。

有了这样的基础，任何人都能轻松地为活体细胞写入新的功能，让它们执行各种各样的任务。通过改变模仿物理电路的“DNA电路”的基因结构，美国的生物工程师们成功地改写了细菌的“编码”，根据环境因素改变了它们的功能。

就像编写计算机软件一样，科学家可以使用一种基于文本、并转移到细胞DNA中的编程语言，为细胞编入新的功能。“这就像是为细菌设计的编程语言，”麻省理工的一名生物工程师克里斯托弗・沃格特教授(Christopher Voigt)说道，“你可以先像用计算机编程一样，使用文本语言，然后对其进行编辑，让文本转化为放入细胞中的DNA序列，电路就可以在细胞内部流通了。”

合成生物学是一个新的研究领域，即我们可以通过人为的操纵改变微生物的功能，如生产材料、吃掉废弃物、甚至精确地将药物送到人体内特定的地点等。通过生成DNA电路，生物工程师们可以让细胞按照特定的环境因素，遵循一系列逻辑步骤。

例如，如果周围的pH值降到了特定水平以下，一个基因开关就会启动，从而加速某种特定蛋白质的分泌，如胰岛素等。运用到实际当中，这意味着只要增加细胞周边环境的酸性，就可以促进胰岛素的分泌。

麻省理工的研究团队使用一种名为Verilog的编程语言，设计了一些逻辑电路，然后使用一种名叫Cello的系统，将其编入合成的DNA环状分子(又名质粒)中。接下来，他们利用目前向微生物中添加新基因的技术，将这些人造质粒嵌入到大肠埃希氏菌中。

这一方法非常简单，即使在基因方面毫无经历的人也可以设计出人造电路，只需使用一个负责将计算机代码转换成基因功能代码的网络程序，就能设计出一个电路，为细胞增添新的功能。

“你可以对它的原理一无所知，但依然能照用不误，这就是这种方法的特别之处。”沃格特说道，“你可能只是一名高中生，只需在网络服务器上写出你想要的程序，它就能自动转化为DNA序列。”

在实验中，这支麻省理工的研究团队根据一连串实验结果，设计出一系列逻辑门，分别通往不同的路径，并将其成功写入了DNA中，并转移进了大肠埃希氏菌的细胞里。

这些电路能够检测出不同的成分，如氧气、葡萄糖，还有光线、温度、酸碱度及其它环境条件等。此外，这一过程还可以实现“私人订制”，使用者可以向其中加入其它功能。该团队设计的电路之一包含7个步骤，据称是目前规模最大的生物电路。

细胞会同时接收到多个输入源，因此主要的挑战在于，设计出的电路在细胞内部不能对彼此造成干扰。虽然该系统是专为大肠埃希氏菌设计的，但该研究团队表示，他们正在计划对使用的编程语言稍加改动，好用在其它细菌身上，如在人类内脏中找到的细菌等。

“建造这些电路本来可能要花上很多年工夫。但现在你只需要按下按钮，就能立刻得到一段DNA序列、并用它进行测试了。”沃格特教授说道。