美設計出可在活細胞內進行計算的基因器件

據美國科學促進會網站3月28日報道，美國斯坦福大學的生物工程團隊設計出一種基因器件，可在個體活細胞中像晶體管一樣起作用，從而將計算從機械和電子帶入到生物學活細胞領域。研究團隊在28日出版的《科學》雜志上詳細描述了這種由遺傳物質DNA（脫氧核糖核酸）和RNA（核糖核酸）制成的生物晶體管，并稱之為“轉錄器”。

論文第一作者、生物工程博士后杰羅姆·博內特表示，與晶體管和電子器件相類似，轉錄器是對基因邏輯進行放大的關鍵組成部分。轉錄器的創建將允許工程師們在活細胞內進行計算和記錄。當細胞暴露于某些外部刺激或環境因素，就能按需打開和關閉。

在電子設備中，晶體管控制電子沿著電路流動。同樣地，在生物設備中，轉錄器控制特定蛋白——RNA聚合酶沿著DNA鏈的流動。研究團隊已利用該轉錄器創建出電子工程中熟知的邏輯門。研究人員將這種以轉錄器為基礎的邏輯門稱為“布爾聚合酶邏輯”（BIL）門。

所有的現代計算機盡管存在外在差異，但都具有3個共同的基本功能：信息的存儲、傳輸和邏輯運算。基于轉錄器的門單獨并不能構成一臺計算機，但它們是可在單個活細胞內運行的生物計算機的第三個、也是最后一個器件。

在生物環境中，邏輯的可能性像在電子學中一樣是無限的。研究人員可測試一個給定細胞是否接觸到任何數量的外部刺激，如葡萄糖和咖啡因的存在。BIL門將決定是否將這些信息進行存儲，如此即可簡單地識別出細胞是否與外部刺激接觸。同樣，在某些因素下，也可告訴細胞開始或停止繁殖。將BIL門與研究團隊的生物學網絡進行連接，就有可能實現從細胞到細胞的遺傳信息交流，從而協調一組細胞的行為。

為了創建轉錄器和邏輯門，研究團隊使用了經過仔細校準的酶組合，其能控制RNA聚合酶沿著DNA鏈的流動。DNA相當于電線，RNA聚合酶相當于電子。對6個基本邏輯門的設計和構建是基于2種絲氨酸重組酶的活性基礎之上的。每個邏輯門由3個基因組成：2個為編碼輸入的基因，一個為輸出基因，該基因含有不同的轉錄控制元件（啟動子，終止子），而這些轉錄控制元件在其側面上具有重組酶識別位點。

該轉錄器獲得了介于生物學晶體管和半導體晶體管之間的一些類似重要功能：信號放大。聚合酶表達的微小變化，即可引起其他兩個基因表達的很大變化。此一結果或將成為構建更大、更復雜基因電路的進身之階。（馮衛東）