活细胞的编程语言
麻省理工学院的生物工程师创造了一种编程语言,使他们能够快速设计复杂的DNA编码电路,为活细胞提供新的功能。使用这种语言,任何人都可以为他们想要的功能编写程序,例如检测和响应某些环境条件。然后,他们可以生成实现它的DNA序列。
“它实际上是细菌的编程语言,”麻省理工学院生物工程学教授Christopher Voigt说。“你使用基于文本的语言,就像你正在编写一台计算机一样。然后你把这个文本编译出来然后把它变成你放入单元格的DNA序列,然后电路在单元格里运行。 “
波士顿大学和国家标准与技术研究所的Voigt及其同事使用这种语言,他们在4月1日出版的“ 科学”杂志中描述了这种语言,用于构建可以检测多达三个输入并以不同方式响应的电路。这种编程的未来应用包括设计在检测到肿瘤时可以产生癌症药物的细菌细胞,或者如果产生太多有毒副产物则产生可以停止自身发酵过程的酵母细胞。
研究人员计划在Web上提供用户设计界面。
没有经验需要
在过去的15年中,生物学家和工程师设计了许多遗传部分,例如传感器,记忆开关和生物钟,它们可以结合起来修改现有的细胞功能并添加新功能。
然而,设计每个电路是一个费力的过程,需要很多专业知识,而且往往需要大量的试验和错误。“你必须非常了解这些作品将如何发挥作用,以及它们将如何结合在一起,”Voigt说。
然而,新编程语言的用户不需要基因工程的特殊知识。“对于它的运作方式,你可能完全天真。这就是真正的不同之处,”Voigt说。“你可以成为高中的学生,然后进入基于网络的服务器,输入你想要的程序,然后将DNA序列吐出来。”
该语言基于Verilog,它通常用于编程计算机芯片。为了创建适用于细胞的语言版本,研究人员设计了计算元素,如逻辑门和传感器,可以编码在细菌细胞的DNA中。传感器可以检测不同的化合物,例如氧气或葡萄糖,以及光,温度,酸度和其他环境条件。用户还可以添加自己的传感器。“这是非常可定制的,”Voigt说。
他说,最大的挑战是设计电路中使用的14个逻辑门,这样一旦置于活细胞的复杂环境中,它们就不会相互干扰。
在当前版本的编程语言中,这些遗传部分针对大肠杆菌进行了优化,但研究人员正在努力扩展其他细菌菌株的语言,包括常见于人体肠道的拟杆菌和经常生活的假单胞菌。在植物根部,以及酵母Saccharomyces cerevisiae。这将允许用户编写单个程序,然后针对不同的生物编译它以获得每个程序的正确DNA序列。
生物电路
使用这种语言,研究人员编写了60个具有不同功能的电路,其中45个电路在第一次测试时正常工作。许多电路设计用于测量一种或多种环境条件,例如氧气水平或葡萄糖浓度,并相应地作出响应。另一个电路被设计为对三个不同的输入进行排序,然后根据每个输入的优先级进行响应。
其中一条新电路是有史以来最大的生物电路,包含七个逻辑门和大约12,000个碱基对的DNA。
这种技术的另一个优点是速度快。到目前为止,“构建这些类型的电路需要数年时间。现在你只需按下按钮并立即获得DNA序列进行测试,”Voigt说。
他的团队计划使用这种方法研究几种不同的应用:可以吞咽的细菌,以帮助消化乳糖; 如果它们感觉植物受到攻击,那些可以生活在植物根部并产生杀虫剂的细菌; 可以设计成在发酵反应器中产生过多有毒副产物时关闭的酵母。
推荐内容
-
研究人员将基因活动与小型雄鱼直接联系在一起
称之为本能,但有些东西迫使某些动物以某种方式行事,也许是基因中的程序。研究人员将基因活动与本能行为直接联系在一起的小型雄鱼中,...
-
新烟碱类抑制木蛙的反捕食行为的发展吗
在最近发表在 环境毒理学和化学 杂志上的一项研究中,科学家研究了流行的农用杀虫剂 - 新烟碱类对木蛙的影响。新烟碱类具有高度水溶性
-
一连串变形的羔羊最终导致了抗癌剂的产生
我 n个世纪50年代,爱达荷羊牧场出现了问题。大约四分之一的羔羊出生时死亡或变形 - 有时只有一只眼睛位于额头中间,就像希腊传说中的独
-
机器学习技术预测人类细胞组织发表的自然方法
艾伦研究所的科学家们利用机器学习来训练计算机,以观察人眼无法轻易区分的细胞部分。利用荧光标记细胞的三维图像,研究小组教授计算机...
-
五哈鹿晗是什么意思什么梗?鹿晗背起女粉丝完成挑战又是什么情况
我回来啦! 《五哈》真的太搞笑了,笑到肚子疼 。今天的你是否有在关注五哈丢钱,鹿晗猜出真相又被带跑偏一事呢?真相是什么?下面跟小编一起
-
酵母内含子的新作用 帮助细胞应对压力
[R esearchers长期困惑的为什么许多真核生物蛋白质编码基因与那些没有明显的生物学功能的非编码DNA的片段穿插。这些所谓的内含子通常在转
-
人工受体区分雄性和雌性激素
化学家设计并开发了一种胶囊形合成受体,可以区分雄性和雌性类固醇激素。即,该受体对雄激素雄性激素在水中显示出异常的高结合亲和力。...
-
新的筛选方法揭示了microRNA在乳头瘤病毒生命周期中的重要性
根据7月26日发表于开放获取期刊PLOS Pathogens的一项研究,乳头瘤病毒编码的microRNA的发现支持了这些小分子在持续感染中的重要作用。研究
-
科学家克隆病毒以帮助阻止压倒性的葡萄病
华盛顿州立大学科学家的一项新发现可以帮助葡萄种植者减少一种破坏葡萄藤和枯萎病的破坏性病毒。葡萄藤卷叶病以其如何卷曲受感染植物的...
-
如何接纳不完美的自己?
晚上翻来覆去睡不着的人,不是有心事,就是有故事。每个人都有睡不着的时候,不是不困,而是想的太多。失眠不是不困,而是心力交瘁。你...