麻省理工學(xué)院的生物工程師們創(chuàng )造了一種編程語(yǔ)言,使他們能夠快速設計復雜的DNA編碼通路,從而給活細胞賦予新的功能。
使用這種語(yǔ)言,任何人都可以為他們想要的功能寫(xiě)出一段程序,如檢測和應對特定環(huán)境條件的程序。然后,他們就可以生成能實(shí)現這些功能的DNA序列。
“這實(shí)際上是一種細菌的編程語(yǔ)言,”麻省理工學(xué)院的生物工程教授ChristopherVoigt說(shuō)道。“您可以使用基于文本的語(yǔ)言,就像你在進(jìn)行計算機編程。你得到程序文本后對它進(jìn)行編譯,之后它變成DNA序列被你放入細胞內,接著(zhù)這個(gè)通路就在細胞內運行。”
Voigt和其在波士頓大學(xué)和標準與技術(shù)研究所的同事們使用這種發(fā)表于4月1日的科學(xué)(Science)雜志上的語(yǔ)言,構建的通路可檢測多達三個(gè)輸入,并以不同的方式作出反應。對于這種編程的未來(lái)應用包括設計在檢測到腫瘤時(shí)能產(chǎn)生抗癌藥物的細菌,或創(chuàng )建一種酵母細胞,當有太多的有毒副產(chǎn)物積聚時(shí)可以制止自己的發(fā)酵過(guò)程。
研究人員計劃在Web上提供用戶(hù)設計界面。
無(wú)需任何經(jīng)驗
在過(guò)去的15年中,生物學(xué)家和工程師們設計了許多遺傳部件,如傳感器,記憶開(kāi)關(guān)和生物鐘,它們可以合并修改現有的細胞功能,并且可以添加新的功能。
然而,設計每一個(gè)通路都是一個(gè)費力的過(guò)程,需要極大的專(zhuān)業(yè)知識和通常情況下大量的試驗和錯誤。“你必需對這些碎片將如何進(jìn)行工作,以及它們怎樣聚集在一起有非常深厚的認識,”Voigt說(shuō)。
然而這種新的編程語(yǔ)言并不需要用戶(hù)具有基因工程的專(zhuān)業(yè)知識。
“你可能對它們中的任何一部分如何工作一無(wú)所知。這就是它的不同之處,”Voigt說(shuō)。“你可能是個(gè)高中生,基于Web服務(wù)器輸入你想要的程序,它就會(huì )吐出DNA序列。”
該編程語(yǔ)言基于Verilog,其通常用于編程計算機芯片。通過(guò)創(chuàng )建一個(gè)能為細胞工作的語(yǔ)言版本,研究人員設計的編碼元件例如邏輯門(mén)和傳感器,都可以在細菌細胞的DNA中進(jìn)行編碼。該傳感器可以檢測不同的化合物,如氧或葡萄糖,以及光,溫度,酸度以及其它環(huán)境條件。用戶(hù)也可以添加自己的傳感器。“這非常便于定制,”Voigt說(shuō)。
最大的挑戰,他說(shuō),是設計在通路中使用的14個(gè)邏輯門(mén),使它們不會(huì )在放置于活細胞的復雜環(huán)境中時(shí)互相干擾。
在編程語(yǔ)言的當前版本中,這些遺傳元件用于大腸桿菌優(yōu)化,但研究人員正在致力于擴大為其它細菌的菌株,包括在人體腸道中常見(jiàn)的桿菌,和通常生活在植物的根中的假單胞菌屬,以及釀酒酵母。這將允許用戶(hù)編寫(xiě)一個(gè)單一的程序,然后在不同的生物體中編譯,進(jìn)而為每一個(gè)生物體獲取正確的DNA序列。
生物學(xué)通路
使用這種語(yǔ)言,研究人員編程了60種具有不同功能的通路,其中45個(gè)在他們首次測試時(shí)功能正常。許多通路被設計用于測量一種或多種環(huán)境條件,如氧氣水平或葡萄糖濃度,并作出相應的反應。另一個(gè)通路被設計為隨機排列三個(gè)不同的輸入,然后根據每一個(gè)的優(yōu)先級作出響應。
其中一個(gè)新的通路是迄今為止建造的最大的生物通路,含有7個(gè)邏輯門(mén)和含有約12000個(gè)堿基對的DNA。
該技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它的速度。到現在為止,“這將需要幾年的時(shí)間來(lái)構建這些類(lèi)型的通路?,F在,您只需按下按鈕,就會(huì )立即獲得DNA序列并進(jìn)行測試,”Voigt說(shuō)。
他的研究小組計劃使用這一方法運行幾個(gè)不同的應用程序:可吞食乳糖幫助消化的細菌;可以生活在植物根系和在感覺(jué)到攻擊時(shí)產(chǎn)生殺蟲(chóng)劑的細菌;和當在發(fā)酵反應器中產(chǎn)生太多的有毒副產(chǎn)物時(shí),可以被程序化地關(guān)閉的酵母。
活血化瘀。用于中風(fēng)、中經(jīng)絡(luò )屬瘀血阻絡(luò )證,證見(jiàn)半身不遂,語(yǔ)言澀蹇。
健客價(jià): ¥28補氣活血,逐瘀通絡(luò )。用于動(dòng)脈硬化性腦梗塞恢復期中醫辯證為氣虛血瘀型中風(fēng)中經(jīng)絡(luò )者,癥見(jiàn)半身不遂,偏身麻木,口角歪斜,語(yǔ)言不利等。
健客價(jià): ¥36慢性腦血管病及腦外傷等所引起的腦功能損害。能改善主觀(guān)癥狀、語(yǔ)言、焦慮、抑郁、記憶減退、智能下降等精神行為障礙。
健客價(jià): ¥44活血化瘀,舒利血脈。用于胸痹心痛,中風(fēng)恢復期的半身不遂、語(yǔ)言障礙和動(dòng)脈硬化等心腦血管缺血性疾患,以及各種血液高粘癥。
健客價(jià): ¥25活血通絡(luò ),祛風(fēng)化痰。用于風(fēng)痰瘀血痹阻脈絡(luò )引起的缺血性中風(fēng)病中經(jīng)絡(luò )急性期和恢復期。癥見(jiàn)半身不遂,口舌歪斜,語(yǔ)言不利或失語(yǔ),偏身麻木,氣短乏力或眩暈耳鳴,舌質(zhì)暗淡或暗紅,苔薄白或白膩,脈沉細或弦細、弦滑。腦梗塞見(jiàn)上述表現者。
健客價(jià): ¥29.5益氣活血、化瘀通絡(luò )。用于氣虛血瘀型缺血性中風(fēng)病中經(jīng)絡(luò )急性期,癥見(jiàn)半身不遂、偏身麻木、口舌歪斜、語(yǔ)言囊澀等,腦梗塞見(jiàn)上述癥候者。
健客價(jià): ¥65.5活血化瘀、通經(jīng)活絡(luò )、益氣養陰,用于腦血栓,腦瘀血后遺癥,肢體偏癱,手足麻木,語(yǔ)言障礙等。
健客價(jià): ¥58化痰醒腦,祛風(fēng)活絡(luò )。用于神志不清,語(yǔ)言蹇澀,口角流涎,腎虛痿痹,筋骨酸痛,手足拘攣,半身不遂及腦血栓形成的恢復期和后遺癥見(jiàn)上述癥候者。
健客價(jià): ¥33活血化瘀。用于缺血性中風(fēng)中經(jīng)絡(luò )恢復期瘀血痹阻脈絡(luò )證。癥見(jiàn)半身不遂,口舌歪斜,偏身麻木,語(yǔ)言不利,頭暈目眩,頸項強痛等。動(dòng)脈粥樣硬化性血栓性腦梗塞和腔隙性腦梗塞見(jiàn)上述證候者。
健客價(jià): ¥45益氣活血、化瘀通絡(luò )。用于缺血性中風(fēng)(腦梗塞)中經(jīng)絡(luò )恢復期氣虛血瘀癥,癥見(jiàn):半身不遂,口舌歪斜,語(yǔ)言不清,偏身麻木,舌有瘀斑和瘀點(diǎn)。
健客價(jià): ¥36活血化瘀。用于瘀血阻絡(luò )之中風(fēng)中經(jīng)絡(luò ),癥見(jiàn)半身偏癱、肢體麻木、語(yǔ)言蹇澀;及血脈瘀阻所致的胸痹,癥見(jiàn)胸痛、痛有定處、胸肋滿(mǎn)悶;腦梗死及冠心病、心絞痛見(jiàn)上述證候者。
健客價(jià): ¥16益腎填精,熄風(fēng)通絡(luò )。用于缺血性中風(fēng)中經(jīng)絡(luò )恢復期腎元虧虛,瘀血阻絡(luò )證,癥見(jiàn)半身不遂、口舌歪斜、語(yǔ)言不清、偏身麻木、眩暈耳鳴、腰膝酸軟、脈沉細。
健客價(jià): ¥52活血通絡(luò ),熄風(fēng)化痰。用于中風(fēng)中經(jīng)絡(luò ),風(fēng)痰淤血痹阻脈絡(luò )證,癥見(jiàn)半身不遂、偏身麻木、口眼歪斜、語(yǔ)言蹇塞;腦梗死急性期、恢復早期見(jiàn)上述證候者。
健客價(jià): ¥36益氣,活血,通絡(luò )。適用于中風(fēng)恢復期后遺癥表現為半身不遂,肢體麻木,口眼歪斜,語(yǔ)言不利,身體倦怠者的輔助治療。
健客價(jià): ¥42慢性腦血管病及腦外傷等所引起的腦功能損害。能改善主觀(guān)癥狀、語(yǔ)言、焦慮、抑郁、記憶減退、智能下降等精神行為障礙。
健客價(jià): ¥45活血祛瘀,通脈活絡(luò )。用于瘀血阻滯所致的缺血性中風(fēng)?。X梗塞)中經(jīng)絡(luò )恢復期,癥見(jiàn)半身不遂、偏身麻木、口舌歪斜,語(yǔ)言蹇澀等。
健客價(jià): ¥35補氣,活血,通絡(luò )。用于缺血性中風(fēng)氣虛血瘀癥,癥見(jiàn)眩暈、肢麻、癱軟、昏厥、半身不遂,口舌歪斜,語(yǔ)言蹇澀,面色恍白,氣短乏力。
健客價(jià): ¥52主要用于祛風(fēng)通竅,舒筋活血,鎮靜安神,除濕。用于半身不遂,口眼斜、四肢麻木、腰腿不利、語(yǔ)言不清、筋骨疼痛、神經(jīng)麻痹、風(fēng)濕,關(guān)節疼痛等癥。
健客價(jià): ¥55化痰活血,熄風(fēng)通絡(luò )。用于缺血性中風(fēng)(輕型腦梗塞)中經(jīng)絡(luò )急性期風(fēng)痰瘀血痹阻脈絡(luò )證,癥見(jiàn)半身不遂、口舌歪斜、語(yǔ)言不清、偏身麻木、頭暈、脈弦滑。
健客價(jià): ¥239活血化瘀、通經(jīng)活絡(luò )、益氣養陰,用于腦血栓,腦瘀血后遺癥,肢體偏癱,手足麻木,語(yǔ)言障礙等。
健客價(jià): ¥394化痰醒腦,祛風(fēng)活絡(luò )。用于神志不清,語(yǔ)言蹇澀,腎虛痿痹,筋骨酸痛,手足拘攣,半身不遂。
健客價(jià): ¥12補氣養血。用于氣虛血虧引起的少氣懶言,語(yǔ)言低微,面色萎黃,四肢無(wú)力,形體消瘦,經(jīng)血不調。
健客價(jià): ¥68補氣,活血,通絡(luò )。用于缺血性中風(fēng)氣虛血瘀癥,癥見(jiàn)眩暈、肢麻、癱軟、昏厥、半身不遂,口舌歪斜,語(yǔ)言蹇澀,面色恍白,氣短乏力。
健客價(jià): ¥26.2補氣,活血,通絡(luò )。用于中氣虛血瘀證,半身不遂,口眼歪斜,語(yǔ)言蹇澀,面色恍白,氣短乏力,舌質(zhì)暗淡,脈沉無(wú)力。
健客價(jià): ¥48