哺乳動物細(xì)胞“變身”生物計(jì)算機(jī)

據(jù)報(bào)道，波士頓大學(xué)合成生物學(xué)家威爾森·黃帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)提出一種方法，用基因工程方法編輯哺乳動物細(xì)胞DNA，從而進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算，使這類細(xì)胞變成生物計(jì)算機(jī)。他們希望新的編程技術(shù)有助于癌癥治療、按需生長可以替換受損身體部位的組織等。

科學(xué)家嘗試將細(xì)胞編輯工程從細(xì)菌擴(kuò)展到哺乳動物細(xì)胞，創(chuàng)建可幫助檢測和治療人類疾病的DNA電路。但是，很多這類努力失敗了，原因是復(fù)雜電路若正常運(yùn)行，需要單個基因組件的開關(guān)穩(wěn)定工作，而基因打開或關(guān)閉的最常見方法，是讓被稱為轉(zhuǎn)錄因子的蛋白質(zhì)與特定基因結(jié)合并調(diào)節(jié)其表達(dá)。問題是，這些轉(zhuǎn)錄因子都有細(xì)微的不穩(wěn)定表現(xiàn)。

黃的團(tuán)隊(duì)摒棄了轉(zhuǎn)錄因子，使用剪切型酶來切換人腎細(xì)胞基因的開關(guān)。為了設(shè)計(jì)DNA電路，黃的團(tuán)隊(duì)在常規(guī)細(xì)胞機(jī)器啟動后，插入4個額外的DNA片段，其中兩個被稱作重組酶的片段，可在與特定藥物結(jié)合時(shí)，激活并點(diǎn)亮能產(chǎn)生綠色熒光蛋白的細(xì)胞，從而成功穩(wěn)定控制了DNA開關(guān)。

在《自然·生物技術(shù)》發(fā)表的報(bào)告中，黃的團(tuán)隊(duì)報(bào)告稱，可以通過在不同的目標(biāo)線上添加更多重組酶，創(chuàng)建各種電路，用來執(zhí)行不同的邏輯操作。目前，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)建立了113個不同的電路，成功率高達(dá)96.5%。進(jìn)一步的演示證明，他們設(shè)計(jì)的人類細(xì)胞生物學(xué)樣本系，使電路可以不同的輸入組合方式運(yùn)行16種不同的邏輯。

合成生物學(xué)家希望用這類新興的細(xì)胞電路創(chuàng)造新的療法。例如，可以設(shè)計(jì)具有免疫活性的T細(xì)胞，檢測出癌細(xì)胞產(chǎn)生的生物標(biāo)記物;或者嘗試設(shè)計(jì)干細(xì)胞，在不同信號提示時(shí)，發(fā)展成特定的細(xì)胞類型，按需生成人類病患所需的身體組織，如產(chǎn)生胰島素的β細(xì)胞或生成軟骨的軟骨細(xì)胞等。

合成生物學(xué)的基本理念是，生物是一臺機(jī)器，遺傳物質(zhì)就是控制機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的程序，所有生物大分子都是可標(biāo)準(zhǔn)化的零件。雖然科學(xué)家已經(jīng)能在基因組水平對DNA進(jìn)行操作，設(shè)計(jì)病毒、再造器官似乎也并非難事，但功能層面上，仍限于重現(xiàn)細(xì)胞固有功能和輕度改造。然而，這一新興學(xué)科注定“前程似錦”，最好未雨綢繆提前建好防范社會和倫理風(fēng)險(xiǎn)的“圍墻”，畢竟，一切皆有可能。