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        活細(xì)胞的編程語言
        
			
        
				2019-01-25 15:27:58
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        麻省理工學(xué)院的生物工程師創(chuàng)造了一種編程語言，使他們能夠快速設(shè)計復(fù)雜的DNA編碼電路，為活細(xì)胞提供新的功能。使用這種語言，任何人都可以為他們想要的功能編寫程序，例如檢測和響應(yīng)某些環(huán)境條件。然后，他們可以生成實現(xiàn)它的DNA序列。
        

        活細(xì)胞的編程語言
        

        “它實際上是細(xì)菌的編程語言，”麻省理工學(xué)院生物工程學(xué)教授Christopher Voigt說。“你使用基于文本的語言，就像你正在編寫一臺計算機一樣。然后你把這個文本編譯出來然后把它變成你放入單元格的DNA序列，然后電路在單元格里運行。 “
        

        波士頓大學(xué)和國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所的Voigt及其同事使用這種語言，他們在4月1日出版的“ 科學(xué)”雜志中描述了這種語言，用于構(gòu)建可以檢測多達(dá)三個輸入并以不同方式響應(yīng)的電路。這種編程的未來應(yīng)用包括設(shè)計在檢測到腫瘤時可以產(chǎn)生癌癥藥物的細(xì)菌細(xì)胞，或者如果產(chǎn)生太多有毒副產(chǎn)物則產(chǎn)生可以停止自身發(fā)酵過程的酵母細(xì)胞。
        

        研究人員計劃在Web上提供用戶設(shè)計界面。
        

        沒有經(jīng)驗需要
        

        在過去的15年中，生物學(xué)家和工程師設(shè)計了許多遺傳部分，例如傳感器，記憶開關(guān)和生物鐘，它們可以結(jié)合起來修改現(xiàn)有的細(xì)胞功能并添加新功能。
        

        然而，設(shè)計每個電路是一個費力的過程，需要很多專業(yè)知識，而且往往需要大量的試驗和錯誤。“你必須非常了解這些作品將如何發(fā)揮作用，以及它們將如何結(jié)合在一起，”Voigt說。
        

        然而，新編程語言的用戶不需要基因工程的特殊知識。“對于它的運作方式，你可能完全天真。這就是真正的不同之處，”Voigt說。“你可以成為高中的學(xué)生，然后進入基于網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器，輸入你想要的程序，然后將DNA序列吐出來。”
        

        該語言基于Verilog，它通常用于編程計算機芯片。為了創(chuàng)建適用于細(xì)胞的語言版本，研究人員設(shè)計了計算元素，如邏輯門和傳感器，可以編碼在細(xì)菌細(xì)胞的DNA中。傳感器可以檢測不同的化合物，例如氧氣或葡萄糖，以及光，溫度，酸度和其他環(huán)境條件。用戶還可以添加自己的傳感器。“這是非?？啥ㄖ频?，”Voigt說。
        

        他說，最大的挑戰(zhàn)是設(shè)計電路中使用的14個邏輯門，這樣一旦置于活細(xì)胞的復(fù)雜環(huán)境中，它們就不會相互干擾。
        

        在當(dāng)前版本的編程語言中，這些遺傳部分針對大腸桿菌進行了優(yōu)化，但研究人員正在努力擴展其他細(xì)菌菌株的語言，包括常見于人體腸道的擬桿菌和經(jīng)常生活的假單胞菌。在植物根部，以及酵母Saccharomyces cerevisiae。這將允許用戶編寫單個程序，然后針對不同的生物編譯它以獲得每個程序的正確DNA序列。
        

        生物電路
        

        使用這種語言，研究人員編寫了60個具有不同功能的電路，其中45個電路在第一次測試時正常工作。許多電路設(shè)計用于測量一種或多種環(huán)境條件，例如氧氣水平或葡萄糖濃度，并相應(yīng)地作出響應(yīng)。另一個電路被設(shè)計為對三個不同的輸入進行排序，然后根據(jù)每個輸入的優(yōu)先級進行響應(yīng)。
        

        其中一條新電路是有史以來最大的生物電路，包含七個邏輯門和大約12,000個堿基對的DNA。
        

        這種技術(shù)的另一個優(yōu)點是速度快。到目前為止，“構(gòu)建這些類型的電路需要數(shù)年時間。現(xiàn)在你只需按下按鈕并立即獲得DNA序列進行測試，”Voigt說。
        

        他的團隊計劃使用這種方法研究幾種不同的應(yīng)用：可以吞咽的細(xì)菌，以幫助消化乳糖; 如果它們感覺植物受到攻擊，那些可以生活在植物根部并產(chǎn)生殺蟲劑的細(xì)菌; 可以設(shè)計成在發(fā)酵反應(yīng)器中產(chǎn)生過多有毒副產(chǎn)物時關(guān)閉的酵母。
        
			

			
          
        
			
        
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