2015/3/28 9:49:49
美国麻省理工大学和波士顿大学的工程师设计出了一种可以计算并“记忆”细胞事件的细胞，通过使一系列因子按照特定顺序活动而形成的简单电路来实现。
这种电路与电脑芯片中的类似，能够用于计数细胞分裂的次数或者研究某个发展阶段的顺序，也能用作生物传感器来计数不同毒素的方位。
在细胞内进行精细的计算将非常困难，因为控制活细胞要比硅芯片困难的多。取而代之的是，研究者专注于设计微型的部件来完成特别的任务。
Ari Friedland说：“我们的目标是设计一种能够完成细胞一些方面功能的工具”。其他几名作者分别为波士顿大学的研究生王晓（音），博士后石大伟（音），本科生George Church和生物工程教授James Collins。
为了便于人们理解他们的概念，研究小组建立了一个能够计数的三个细胞事件的电路。其实，理论上能够计算的更多。第一个计数器被称为RTC计数器，由一系列基因组成，每一个基因能够生成一个蛋白质并按顺序激活下一个基因。
在第一个事件（如，糖流入细胞中）的刺激下，细胞按顺序产生了第一个葡萄糖。一个RNA（核糖核酸）聚合酶开始引发第二个蛋白质（另一种RNA聚合酶）的产生。
理论上，步骤的顺序仅仅取决于不同RNA聚合酶菌的数量。Lu说“我们的目标是用这些基因库建立越来越大的层叠”。计数器的时间以分钟或小时计算，这使得它能够追踪细胞的分裂过程。这个计数器将来可以用于对衰老的研究。
RTC计数器能够被重启后再次计数同一个连续过程，但是它无法“记忆”曾经的计数。这个团队开发的第二个计数器名叫DIC，它能够编码数字存储，存储连续的“比特”信息。
这一过程有赖于一种叫做转化酵素的酶，它能截取DNA双螺旋的一个片段，并将它翻转过来重新插入，从而能够按照预想改变DNA的顺序。
DIC计数器由一系列DNA序列组成，每一个序列包含一种对应于不同转化酶的基因。当有事件触发后，第一个转化酶基因开始转化重组，然后它将DNA序列进行翻转，并在结束自己转化的同时准备好第二个转录过程需要的转化酵素。当第二个事件促发后，上面的过程再次重复：第二个转化酵素生成，翻转DNA序列，设置第三个转化酵素。系统的输出取决于一个输出基因（如绿荧光蛋白基因）被插入到层叠中并且在某一特定的输入后产生出来的顺序，或者取决于细胞DNA的顺序。
Lu说，这个电路理论上可以进行100步（即被确认的不同转化酶的种类数）。由于它追踪某种特定顺序的激发，可用于胚胎发育过程的研究。其他潜在的应用包括为细胞编程使之成为有害物质（如砷）的环境传感器等。工程师也将能够指定一个输入过程需要的时间来计数，并且这个时间长度能够落在两次输入之间。这样他们就能够计数两个事件而不是一个。他们还能设计使细胞在某一特定数目的分裂后或者昼夜交替后死亡。