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如何破解细胞新平台可以更容易地编程活细胞

2019-06-30 09:17:59 • 来源：

人体由数万亿个细胞组成，微型计算机根据彼此接收的信号及其环境执行复杂的行为。合成生物学家设计活细胞，通过将基因转换为可编程电路来控制它们的行为。由自然生物技术的助理教授Wilson Wong(BME)发表的一项新研究概述了一种新的简化平台，可以更快，更有效地将哺乳动物细胞作为遗传环路，甚至是复杂的细胞进行定位和编程。

如何破解细胞新平台可以更容易地编程活细胞

“合成生物学家试图解决的问题是我们如何让细胞做出决策，并试图设计一种策略来做出我们想要的决定，”Wong说。“通过这些电路，我们采用了完全不同的设计方法，并为研究人员创建了一个框架，用于针对特定细胞类型并使其执行不同类型的计算，这对于开发组织工程，干细胞研究和诊断的新方法非常有用。应用程序，仅举几例。“

从历史上看，工程遗传电路受到电子设备电路设计的启发，采用类似的方法，使用转录因子，即诱导DNA转化为RNA的蛋白质，这很难处理，因为很难预测一条全新的遗传密码链。哺乳动物细胞使用起来特别棘手，因为它们是一个变化多变的环境并且表现出高度复杂的行为，使得电子设计方法在最好的情况下耗费时间并且在最坏的情况下不可靠。

Wong的方法使用DNA重组酶，即切割和粘贴DNA序列片段的酶，允许更有针对性地操纵细胞及其行为。结果是一个名为“BLADE”或“通过DNA切除的布尔逻辑和算术”的平台，指的是细胞被编程的计算机语言以及它们可以编程执行的计算。BLADE将允许研究人员在一个简化的设备中使用不同的信号或输入来控制它们所针对的细胞的输出或行为。

“我们的想法是建立一个简单而灵活的系统，可以在现场定制，使用一个简单的设计获得任何预期的结果，而不是每次都需要重建和重新设计，”研究生Benjamin Weinberg说。在Wong的实验室和论文的第一作者。“基本上，使用BLADE，你可以在哺乳动物细胞中实现你想要的任何计算组合。对于这篇特别的论文，我们可能没有构建你需要的特定行为，但我们想说明使用BLADE，你应该能够构建你需要的电路来实现你正在寻找的行为。“

发表在Nature Biotechnology上的论文概述了使用BLADE平台成功构建的100多个电路示例。温伯格指出，研究人员故意构建具有复杂功能的复杂电路，以说明使用其设计的可能性，包括一些编程人类细胞添加或减去数字的可能性。他将设计计划上传到开源在线存储库，以便其他研究人员可以立即开始下载工具以在他们的项目中使用。Weinberg将继续改进技术并将其整合到软件程序中，以使其更易于使用，而Wong计划使用该平台来探索医疗诊断应用程序。

“在BLADE之前，这些电路中的任何一个都需要花费数年时间才能构建并实现功能，然后你必须使用反复试验才能使其按照你想要的方式工作，”Wong说。“我已经做了15年的合成生物学研究，我从来没有见过像这个平台那样的第一次尝试这么复杂的电路。我们很高兴能把它拿出去，所以人们可以开始使用它，我们'很高兴看到他们想出了什么。“

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