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研制出可计数细胞事件生物电路

发布时间:2017-12-03 阅读:

  开发了可数的细胞事件生物电路

  根据5月31日的“每日科学”报道,麻省理工学院和波士顿大学的工程师设计了一个简单的单元电路,通过按照特定的顺序移动一系列因素来计算和“记忆”单元事件。这个电路就像一个计算机芯片,可以用来计算细胞分裂的次数或研究发育阶段的顺序,也可以用作生物传感器来计算不同毒素的方向。该小组在5月29日的“科学”杂志上发表了两个细胞计数器。哈佛大学研究生Timothy Lu是两篇论文之一,他说:“我不认为这种细胞电路与计算机类似,研究人员的目的不是制造一台微型计算机。生物电路必然能够完成计算机能够做的事情。“他认为在细胞中进行精细计算是非常困难的,因为控制活细胞比硅芯片更难,相反,研究人员专注于设计微型部件来完成特定的任务另一位主要作者阿里·弗里德兰(Ari Friedland)说:“我们的目标是设计一个能执行细胞功能一些方面的工具。其他几位作者是波士顿大学研究生王晓,史大伟,博士后,本科生乔治·丘奇和生物工程学教授詹姆斯·柯林斯。为了让人们更容易理解他们的概念,团队建立了一个包含三个细胞事件的电路。其实在理论上可以算更多。第一个叫做RTC计数器的计数器由一系列基因组成,每个基因都能产生一种蛋白质,并依次激活下一个基因。在第一个事件(例如,糖进入细胞内)刺激下,细胞依次产生第一个葡萄糖。 RNA(核糖核酸)聚合酶开始引起第二种蛋白质(另一种RNA聚合酶)的产生。理论上,这些步骤的顺序只取决于不同的RNA聚合酶的数量。卢说:“我们的目标是与这些基因库建立一个不断增长的堆栈。”计数器的时间以分钟或小时计量,这使其能够追踪细胞分裂过程。这个计数器可以用于未来的老化研究。 RTC计数器可以重新启动以再次计数相同的连续过程,但不能“记住”以前的计数。这个团队开发的第二个计数器是DIC,它对数字存储进行编码并存储连续的“比特”信息。这个过程依赖于一种叫做转化酶的酶,它可以截取一段DNA双螺旋,并翻转它,并重新插入它来改变DNA序列。 DIC计数器由一系列DNA序列组成,每个序列含有对应于不同转化酶的基因。当一个事件触发时,第一个转化酶基因开始转化和重组。然后它翻转DNA序列,并在其自身的转化结束时,准备转录所需的第二个转化体。当第二个事件触发时,再次重复上述过程:产生第二转化酶,逆转DNA序列,设置第三转化酶。系统的输出取决于将输出基因(例如,绿色荧光蛋白基因)插入堆栈并在特定输入之后或者以细胞DNA的顺序产生的顺序。吕说,这个电路理论上可以是100个步骤(这是由不同的转化酶物种的数量证实)。由于它以特定的顺序跟踪激发,因此可以用于胚胎发育的研究。其他潜在的应用包括编程细胞制造有害物质如砷的环境传感器。工程师也可以计算输入过程所需的时间,这个时间可以在两个输入之间。所以他们可以计算两个事件,而不是一个。它们也可以设计成在一定数量的分裂或昼夜交替之后杀死细胞。 (来源:中国公众科技网)

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