来源:麻省理工学院
摘要：
近年来在设计和创建生物电路系统的研究上研究者们已经取得了很大的进步，如电子电路，可以采取许多不同的输入方式和提供一种特定的输出。但是虽然在这样的生物电路单个组件可以触发精确的、可预测的响应，但当多元件混合在一起时这些结果就变得不那么可预测了。现在，科学家们已经想出一个方法将不可预测性大大降低，通过引入新的设备，最终可能使得这些电路的行为跟他们对应的电子元件的行为一样可预测。
近年来在设计和创建生物电路系统的研究上研究者们已经取得了很大的进步，如电子电路，可以采取许多不同的输入方式和提供一种特定的输出。但是虽然在这样的生物电路单个组件可以触发精确的、可预测的响应，但当多元件混合在一起时这些结果就变得不那么可预测了。
麻省理工学院的一组研究人员已经想出一种大大减小不可预测性的方法，通过引入设备，最终可能使得这样的电路行为跟他们对应的电子元件的行为一样可预测。研究结果发表在本周的《自然生物科技》杂志上，在一篇由机械工程学副教授Domitilla Del Vecchio和生物工程学教授Ron Weiss发表的文章里。
论文的第一作者是Deepak Mishra，一个麻省理工学院生物工程系的研究生。作者还包括机械工程系的硕士学生Phillip Rivera和电气工程和计算机科学系的Allen Lin。
这样的合成生物电路有许多潜在的用途，Del Vecchio和Weiss解释说。“我们研究的一个特定的用途是生物传感方面——一种可以检测到环境中的特定分子，然后产生一个特定的输出信号作为响应的细胞，” Del Vecchio说。举个例子：细胞可以检测到表明存在癌细胞的标记，然后触发分子释放来具靶向性的杀死这些细胞。
重要的是，这样的电路能够准确区分癌和非癌变细，,所以他们不会在错误的地方施展他们的杀伤力，Weiss说。为此，从一个细胞内的生物元素创造出强大的信息处理电路变得“非常关键，”Weiss说。
到目前为止，这种强劲的可预测性还没有变得可行，部分原因是当多阶段的生物电路别引入后反馈会互相影响。问题是因为与电子电路不同，电子电路中每一个组件是物理性的通过电线跟下一个组件相连，这样确保信息总是在一个特定的方向传输，而生物电路的组件都漂浮在细胞内部的复杂的流体环境中。
信息流是由单个的组件通过化学交互作用驱动的，理想情况下应该只影响其他特定的组件。但在实践中，试图创造这样的生物联系时往往会产生不同于预期的结果。
“如果你把电路连在一起并且期望得到答案‘X’，而你得到的答案是“Y”，这个问题就会很严重” Del Vecchio说。
该团队来用来解决这一问题的设备被称为加载的驱动程序，其效果类似于用于电子电路的负载驱动程序：它在信号和输出之间产生一种缓冲，防止系统反馈信号的影响导致输出被延迟。
虽然这是相对早期的研究，可能需要数年时间才能投入商业运营，但这一概念可以有广泛的应用，研究人员说。例如，它可能引导合成一种生物电路，可以在糖尿病患者的血液中不断测量血糖水平，必要时就可以自动触发时胰岛素的释放。
向组件集团里添加这个加载驱动程序组件可以应用于生物电路设计，德尔维奇奥说，“可能升级你可以设计的电路的复杂性，”开发新的可能的应用同时确保他们操作是“健康和可预见的。”
James Collins，一个与本研究无关的波士顿大学生物医学工程学的教授，说，“在合成生物学中努力创建复杂的基因电路时，通常因为电路子模块之间的意外的或不确定的交互作用意外受阻。这些交互作用改变子模块的输入输出特性，导致电路的不良行为”。
但是现在，柯林斯说，“Del Vecchio和Weiss为该领域取得了重大的进展，他们开发了一种遗传装置，可以通过创建和纠正这样的相互作用，使得电路的行为更容易预测。”
这项研究是由美国国家科学基金会的一个Eni-MIT的能源研究奖学金、美国陆军研究办公室、美国空军科学研究办公室和美国国立卫生研究院支持的。
消息来源：
上面的消息基于麻省理工学院提供的材料。原文作者是David L. Chandler。
注:材料可能在内容和长度上经过修改。
