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美國(guó)開(kāi)發(fā)出能進(jìn)行邏輯操作的可存儲(chǔ)基因模塊
閱讀：134 發(fā)布時(shí)間：2013-5-3 美國(guó)開(kāi)發(fā)出能進(jìn)行邏輯操作的可存儲(chǔ)基因模塊
據(jù)《自然》近日?qǐng)?bào)道，美國(guó)麻省理工大學(xué)（MIT）科學(xué)家開(kāi)發(fā)出一套簡(jiǎn)單的基因模塊，能對(duì)輸入信號(hào)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(mén)。研究人員指出，利用這些“基因線(xiàn)路”能追查一個(gè)細(xì)胞在何時(shí)到達(dá)其生命關(guān)鍵時(shí)刻，撥動(dòng)基因開(kāi)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(chǔ)是電子線(xiàn)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(kāi)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(xiàn)路有效地組裝起來(lái)，不僅能執(zhí)行布爾邏輯功能，還具有穩(wěn)定的DNA編碼存儲(chǔ)功能。他們?cè)O(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(mén)。
執(zhí)行計(jì)算的每個(gè)變量都包含啟動(dòng)子、終結(jié)子和一個(gè)“輸出基因”，啟動(dòng)子和終結(jié)子能打開(kāi)或中止基因轉(zhuǎn)錄，輸出基因則編碼一個(gè)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(dòng)子和終結(jié)子DNA序列，讓它們打開(kāi)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(mén)中，給兩個(gè)輸入點(diǎn)通電會(huì)輸出一個(gè)正值；而在基因“與”門(mén)中，只有當(dāng)終結(jié)子序列在中間，并且啟動(dòng)子序列被兩個(gè)輸入重組酶中和時(shí)，輸出基因才會(huì)被轉(zhuǎn)錄而表達(dá)出一個(gè)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(xiě)入DNA以便存儲(chǔ)，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(shuō)，如果經(jīng)過(guò)修改的DNA可作為調(diào)控元素，像啟動(dòng)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(shuō)，這種人造模塊是一種“極其數(shù)字化且*性的DNA信息存儲(chǔ)方式。它的邏輯能存儲(chǔ)多重經(jīng)驗(yàn)，如細(xì)胞曾遇到兩種環(huán)境會(huì)記住事件順序。”而且這種改變是*性的，“在細(xì)胞死亡后，這些信息還能從它的DNA中提取出來(lái)。”研究人員還發(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(kāi)關(guān)形式簡(jiǎn)單易于訪(fǎng)問(wèn)，如某種藥物，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(hào)化合物激活這些關(guān)鍵基因，并保持*性打開(kāi)，以藥物。在達(dá)到某個(gè)臨界值時(shí)，再用其他開(kāi)關(guān)來(lái)中止。
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