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一種活細胞“編程語(yǔ)言”

2016-04-02 來(lái)源:健客網(wǎng)社區  標簽: 掌上醫生 喝茶減肥 一天瘦一斤 安全減肥 cps聯(lián)盟 美容護膚
摘要:“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)?!澳憧赡苁莻€(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?!?/div>

  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。

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