生物学家将人体细胞变成“生物计算机”，或将助力癌症研究

来自波士顿大学的科学家团队成功把哺乳动物细胞做成了可以进行复杂计算的生物计算机。最终，这项成果或许可以用于攻克癌症。

从本质上说，电脑就是一个能通过一定算法处理信息的机器。电脑的电路回路越强大，就能进行越复杂的计算和算法。相似地，细胞通过基因工程改造也可以像一个迷你电脑一样，回路越复杂，计算能力越强。

波士顿大学合成生物学家Wilson Wong带领的团队，成功将人的肾脏细胞研发成了可以进行复杂计算的“计算机”。这一研究，发表在近日《自然生物技术》杂志上。

他们的研究所选择的回路是基因回路，研究者运用了细胞内现有的启动子来设计回路。启动子是一小段特定的DNA片段，能促使DNA转录成RNA，然后转化成蛋白质。

研究员还用到了一种像剪刀一样的DNA重组酶，重组酶可以通过对启动子的剪切，来控制基因转录的开关。Wong团队在启动子后面又加了 4 段 DNA 小片段。其中一个小片段是绿色荧光蛋白（GFP），可以让细胞在特定药物的激活下发光。

运用这项技术，Wong和他的团队总共建立了113条不同的回路，成功率高达96.5%。这些不同的回路，通过基因工程编辑，可以识别不同序列的重组酶。

他们最成功的地方也许就是能够在人体细胞内通过 6 种不同的输入环路，实现布尔逻辑体系（分别以1和0代指是和非，是计算机的基本逻辑体系）。这些输入通过不同的排列组合可以进行16种逻辑运算。

“这表示，我们能从另一个维度来设计基因回路了。”麻省理工学院合成生物学家Timothy Lu说。

复杂的生物计算

在 Wong 的团队之前，也有其他研究人员通过改造有机物的基因来进行计算，比如有当氧气浓度降低时就发光的细胞。但是，这些非常简单的生物计算机，只能在基因改造相对容易的大肠杆菌或者细菌中进行。

哺乳动物细胞很难用来当做基因回路，因为哺乳动物基因的表达会依赖不同的转录因子，但是不同基因对同一转录因子的反应又各有不同。波士顿大学的研究人员，通过应用 DNA 重组酶，很好地避免了这个问题。

虽然，Wong的团队还没有用这些改造过的细胞进行真正有用的计算，但是这是一个概念验证的研究，它为复杂的生物计算奠定了基础。

在将来，通过基因改造的细胞来进行复杂运算，会为基础医学研究和治疗方法的研发提供很大的帮助。比如说，在癌症治疗上，这就大有用途。

合成生物学家Lu表示，我们可以改造免疫系统里的 T 细胞，来通过一定的生物标记物，特定地清除癌细胞。这个方法也可以用来合成特定的、需求量大的组织来替换身体中损伤和老旧的组织。

编辑：褚佳晨

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