中國科技網(wǎng)訊 據(jù)《自然》網(wǎng)站近日報(bào)道，美國麻省理工大學(xué)（MIT）科學(xué)家開發(fā)出一套簡單的基因模塊,，能對輸入信號起反應(yīng),，在活細(xì)胞中執(zhí)行邏輯命令，就像計(jì)算機(jī)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(xì)胞在何時到達(dá)其生命關(guān)鍵時刻,，撥動基因開關(guān)改變細(xì)胞命運(yùn)。相關(guān)論文發(fā)表在《自然·生物技術(shù)》雜志上,。
邏輯與存儲是電子線路的兩大基本功能,，由此才產(chǎn)生了各種復(fù)雜的反應(yīng)。合成生物學(xué)旨在把電子工程中的概念引入到細(xì)胞生物學(xué)中,，把基因功能作為電路組件,。新研究由MIT合成生物學(xué)家蒂莫西·盧領(lǐng)導(dǎo)，他們開發(fā)的邏輯模塊以質(zhì)粒為基礎(chǔ),，這里的質(zhì)粒是一種環(huán)形的DNA鏈,，將其插入大腸桿菌細(xì)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(zhí)行布爾邏輯功能，還具有穩(wěn)定的DNA編碼存儲功能,。他們設(shè)計(jì)了16種質(zhì)粒,，在計(jì)算中能執(zhí)行所有2-輸入-1-輸出的布爾邏輯門。
執(zhí)行計(jì)算的每個變量都包含啟動子,、終結(jié)子和一個“輸出基因”,，啟動子和終結(jié)子能打開或中止基因轉(zhuǎn)錄，輸出基因則編碼一個綠色熒光蛋白（GFP）,。系統(tǒng)的關(guān)鍵是利用重組酶切斷并重排啟動子和終結(jié)子DNA序列,，讓它們打開或關(guān)閉。重組酶好比輸入命令,，決定了輸出基因能否被轉(zhuǎn)錄,。比如在電子的“與”門中，給兩個輸入點(diǎn)通電會輸出一個正值,；而在基因“與”門中,，只有當(dāng)終結(jié)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(zhuǎn)錄而表達(dá)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(shù)據(jù)寫入DNA以便存儲,，而新研究將這種理念更推進(jìn)了一步，使DNA本身成為計(jì)算機(jī)的一部分,。盧說,，如果經(jīng)過修改的DNA可作為調(diào)控元素，像啟動子序列或終結(jié)子序列那樣,，就能控制細(xì)胞里的某些事情,。
另一位MIT合成生物學(xué)家克里斯托弗·沃伊特說,，這種人造模塊是一種“極其數(shù)字化且永久性的DNA信息存儲方式。它的邏輯能存儲多重經(jīng)驗(yàn),，如細(xì)胞曾遇到兩種環(huán)境會記住事件順序,。”而且這種改變是永久性的,，“在細(xì)胞死亡后,，這些信息還能從它的DNA中提取出來?！毖芯咳藛T還發(fā)現(xiàn),，改變了的質(zhì)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(shù)中也非常有用。這些基因開關(guān)形式簡單易于訪問,，如生產(chǎn)某種藥物,，制造商可以培養(yǎng)一種細(xì)胞事先關(guān)閉其關(guān)鍵基因，當(dāng)系統(tǒng)一切就緒后,，輸入某種信號化合物激活這些關(guān)鍵基因,，并保持永久性打開，以生產(chǎn)藥物,。在達(dá)到某個臨界值時,，再用其他開關(guān)來中止生產(chǎn)。（常麗君）
