哺乳动物细胞“变身”生物计算机

 

据报道，波士顿大学合成生物学家威尔森·黄带领的团队提出一种方法，用基因工程方法编辑哺乳动物细胞DNA，从而进行复杂的计算，使这类细胞变成生物计算机。他们希望新的编程技术有助于癌症治疗、按需生长可以替换受损身体部位的组织等。

科学家尝试将细胞编辑工程从细菌扩展到哺乳动物细胞，创建可帮助检测和治疗人类疾病的DNA电路。但是，很多这类努力失败了，原因是复杂电路若正常运行，需要单个基因组件的开关稳定工作，而基因打开或关闭的最常见方法，是让被称为转录因子的蛋白质与特定基因结合并调节其表达。问题是，这些转录因子都有细微的不稳定表现。

黄的团队摒弃了转录因子，使用剪切型酶来切换人肾细胞基因的开关。为了设计DNA电路，黄的团队在常规细胞机器启动后，插入4个额外的DNA片段，其中两个被称作重组酶的片段，可在与特定药物结合时，激活并点亮能产生绿色荧光蛋白的细胞，从而成功稳定控制了DNA开关。

在《自然·生物技术》发表的报告中，黄的团队报告称，可以通过在不同的目标线上添加更多重组酶，创建各种电路，用来执行不同的逻辑操作。目前，该团队已经建立了113个不同的电路，成功率高达96.5%。进一步的演示证明，他们设计的人类细胞生物学样本系，使电路可以不同的输入组合方式运行16种不同的逻辑。

合成生物学家希望用这类新兴的细胞电路创造新的疗法。例如，可以设计具有免疫活性的T细胞，检测出癌细胞产生的生物标记物;或者尝试设计干细胞，在不同信号提示时，发展成特定的细胞类型，按需生成人类病患所需的身体组织，如产生胰岛素的β细胞或生成软骨的软骨细胞等。

合成生物学的基本理念是，生物是一台机器，遗传物质就是控制机器运转的程序，所有生物大分子都是可标准化的零件。虽然科学家已经能在基因组水平对DNA进行操作，设计病毒、再造器官似乎也并非难事，但功能层面上，仍限于重现细胞固有功能和轻度改造。然而，这一新兴学科注定“前程似锦”，最好未雨绸缪提前建好防范社会和伦理风险的“围墙”，毕竟，一切皆有可能。