據(jù)報(bào)道，最近，美國(guó)約翰·霍普金斯大學(xué)通過(guò)基因工程對(duì)一種細(xì)胞進(jìn)行改造，改造后的細(xì)胞就像表達(dá)“或（or）”和“與（and）”的布爾邏輯門(mén)，能根據(jù)一個(gè)或多個(gè)確定輸入產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)輸出。研究人員指出，這一成果有望幫助科學(xué)家最終造出用細(xì)胞做微線路的計(jì)算機(jī)。相關(guān)論文發(fā)表在最近出版的《自然—化學(xué)生物學(xué)》上。

該研究領(lǐng)導(dǎo)、霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院細(xì)胞生物學(xué)副教授井上尊生（音譯）說(shuō)，布爾邏輯門(mén)中，“與”門(mén)是根據(jù)兩個(gè)確定輸入值得到一個(gè)輸出值；“或”門(mén)是根據(jù)是否在兩個(gè)輸入值中二選一，或兩個(gè)都選來(lái)給出輸出值，但用整個(gè)細(xì)胞來(lái)開(kāi)發(fā)邏輯門(mén)非常困難。

以往研究大部分是利用細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄機(jī)制，即細(xì)胞讀取基因合成蛋白質(zhì)的過(guò)程，以此生成輸出信號(hào)。但轉(zhuǎn)錄過(guò)程可能會(huì)很慢，需要幾分鐘甚至幾天時(shí)間才能生成期望的反應(yīng)。而新研究利用了一種名為化學(xué)誘導(dǎo)二聚作用（CID）的技術(shù)，能讓反應(yīng)大大加速。

井上解釋說(shuō)，由于“與”門(mén)和“或”門(mén)是根據(jù)兩個(gè)不同輸入來(lái)產(chǎn)生一個(gè)輸出反應(yīng)，要么都選，要么二選一，這要求兩個(gè)單獨(dú)的CID系統(tǒng)，既不會(huì)相互競(jìng)爭(zhēng)，也不會(huì)彼此覆蓋。第一個(gè)CID系統(tǒng)是通過(guò)雷帕霉素得到的兩種蛋白FRB和FKBP。第二個(gè)CID系統(tǒng)是通過(guò)植物激素赤霉素得到的另外兩種蛋白質(zhì)GID1和GAI。這兩個(gè)系統(tǒng)一個(gè)來(lái)自動(dòng)物，一個(gè)來(lái)自植物，所以相互間不會(huì)競(jìng)爭(zhēng)。

研究人員通過(guò)基因工程改造了哺乳動(dòng)物細(xì)胞，使其能產(chǎn)生所有這4種必需的蛋白質(zhì)，并在有兩種蛋白質(zhì)同時(shí)產(chǎn)生時(shí)能輸出一個(gè)反應(yīng)。當(dāng)FRB和FKBP、GID1和GAI兩組中，有一組蛋白質(zhì)連在一起時(shí)，研究人員用顯微鏡能看到細(xì)胞膜上出現(xiàn)了明顯褶皺。

為了生成“或”門(mén)，他們把FRB和GAI結(jié)合放在細(xì)胞膜上，把FKBP和GID1結(jié)合，讓它們自由漂浮在細(xì)胞里。而為了生成“與”門(mén)，他們只把GAI放在細(xì)胞膜上，讓FRB、FKBP二聚體和GID1自由漂浮。然后加入雷帕霉素、赤霉素或同時(shí)加入兩種，讓自由漂浮的二聚體和細(xì)胞膜上的二聚體相遇，使互相匹配的蛋白質(zhì)結(jié)合在一起，以此引發(fā)輸出信號(hào)。

實(shí)驗(yàn)顯示，每個(gè)工程細(xì)胞邏輯門(mén)都在幾秒鐘內(nèi)產(chǎn)生了預(yù)期的反應(yīng)。除此之外，研究人員還用熒光物質(zhì)作為輸出，生成了相似的邏輯門(mén)。

井上指出，最終他們可能用相似的細(xì)胞邏輯門(mén)來(lái)建造更大、更復(fù)雜的線路，為開(kāi)發(fā)以細(xì)胞為基本單位的計(jì)算機(jī)打下基礎(chǔ)。單個(gè)的細(xì)胞線路也可以被改造，生產(chǎn)特殊的化學(xué)產(chǎn)品，用于探測(cè)或診斷中。此外，利用這種合成邏輯門(mén)系統(tǒng)，還可以研究自然界的細(xì)胞是如何產(chǎn)生各種生化物質(zhì)來(lái)維持自身功能順利運(yùn)作的。