新的設(shè)備可以使生物大量實(shí)用于電路
日期：2015-07-24 13:33:09
像電子電路一樣，可以采取一些不同的輸入類型，并提供特定類型的輸出系統(tǒng) - 研究人員近年來(lái)在生物電路的設(shè)計(jì)與創(chuàng)作取得了很大的進(jìn)展。但是，盡管這樣的生物電路各個(gè)組件可以具有精確的和可預(yù)測(cè)的響應(yīng)，這些元素的結(jié)合將更難預(yù)測(cè)。
現(xiàn)在已經(jīng)大大減少了不可預(yù)測(cè)性，引入裝置，可以最終讓這種電路的行為可以預(yù)測(cè)電子同行的一種方式。
有這樣的人工合成生物電路中的許多潛在用途，德爾橋和Weiss解釋。“我們正在努力為生物傳感 - 細(xì)胞，它可以檢測(cè)特定分子的環(huán)境，并產(chǎn)生一個(gè)特定的輸出響應(yīng)，”德爾橋說(shuō)。一個(gè)例子：細(xì)胞，可以檢測(cè)標(biāo)記，表明癌癥細(xì)胞的存在，然后觸發(fā)靶向殺死這些細(xì)胞的分子釋放。
這種電路能夠?qū)┘?xì)胞和非癌細(xì)胞之間精確地識(shí)別，所以他們不釋放他們的殺傷力在錯(cuò)誤的地方是很重要的，Weiss說(shuō)。為了做到這一點(diǎn)，從細(xì)胞內(nèi)成為生物元素創(chuàng)建強(qiáng)大的信息處理電路。
迄今為止，那種強(qiáng)大的可預(yù)見性一直沒有可行的方案，因?yàn)樵诜答佇?yīng)的一部分時(shí)，引入生物電路有多個(gè)階段。該問題的產(chǎn)生是因?yàn)椴幌裨陔娮与娐?，其中一個(gè)組分是通過(guò)導(dǎo)線物理地連接到下一個(gè)，以確保信息總是流的特定方向，生物電路是由部件均圍繞漂浮在一起復(fù)雜流體環(huán)境的一個(gè)細(xì)胞的內(nèi)部。
在理想情況下應(yīng)該只影響其他特定化學(xué)成分相互作用驅(qū)動(dòng)。但在實(shí)踐中，試圖建立這樣的聯(lián)系生物往往產(chǎn)生，從不同的預(yù)期結(jié)果。
“如果你把電路連在一起，你期望的答案X，而是你得到的答案Y，這可能是有問題的，”德爾橋說(shuō)。
該裝置產(chǎn)生的解決這個(gè)問題的團(tuán)隊(duì)稱為負(fù)載驅(qū)動(dòng)器，其作用類似于在電子電路中使用的負(fù)載驅(qū)動(dòng)：在緩沖液中它提供了一種信號(hào)和輸出，防止通過(guò)系統(tǒng)并引起延遲輸出。
雖然這是比較早期的研究，可能需要幾年時(shí)間才能達(dá)到商業(yè)化應(yīng)用，這個(gè)概念可以有各種各樣的應(yīng)用，研究人員說(shuō)。例如，它可能會(huì)導(dǎo)致合成的生物電路，其不斷地測(cè)量在糖尿病患者的血糖水平，自動(dòng)觸發(fā)胰島素的釋放在需要時(shí)。
添加這種加載驅(qū)動(dòng)程序，以提供給那些設(shè)計(jì)的生物電路元件的兵工廠，德爾橋說(shuō)，“可能升級(jí)的電路，你可以設(shè)計(jì)復(fù)雜性，”開辟新的可能的應(yīng)用，同時(shí)確保他們的操作是“穩(wěn)健的和可預(yù)測(cè)的。 “
詹姆斯·柯林斯說(shuō)，“合成生物學(xué)努力創(chuàng)建復(fù)雜的基因電路通常由電路的子模塊之間的非特異性相互作用所阻礙。這些相互作用改變輸入 - 輸出的子模塊的特點(diǎn)，導(dǎo)致不良的電路行為“。
但現(xiàn)在，科林斯說(shuō)，“德爾橋和魏斯已經(jīng)通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)可以解釋和糾正這種相互作用的基因設(shè)備，從而導(dǎo)致更多的可預(yù)測(cè)的電路行為提出了該領(lǐng)域的重大進(jìn)展。”
這項(xiàng)研究是由埃尼 - 麻省理工學(xué)院能源研究基金，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)，美國(guó)陸軍研究辦公室，科研的美國(guó)空軍辦公室，和美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院的支持。
