动物细胞内构建出生物数字电路

忘掉智能手机吧，智能手臂不是更酷么？有朝一日，能够进行简单运算的人体细胞会被植入你的体内，作为生物计算机来为你诊断疾病、管理药物或是搭建生物电子界面等。

 

瑞士联邦理工学院的马丁·富塞内格尔及其同事就朝这个梦想迈进了一大步。据《新科学家》网站6月6日报道，瑞士科研人员在两套胚胎肾细胞内，制成了两种关键的生物数字电路：半加器和半减器，它们能分别加上或减去两个二进制数。这是迄今为止制成的最复杂的生物电路，有望成为构建更先进电路的基石。相关研究报告发表在近期出版的《自然》杂志上。

 

富塞内格尔表示，虽然此前就曾开发过能进行简单计算的生物电路，但其多数由DNA分子或是细菌制成，很难被植入人类体内。为了使生物电路与基因疗法或细胞疗法等治疗途径挂钩，就需要在哺乳动物的细胞内建立这种电路。

 

普通电子计算机利用电子的存在或不存在代表1和0对信息进行编码，富塞内格尔等人则使用了细胞内自然生成的红霉素、抗生素和根皮素分子。它们能发挥输入的作用，在细胞内关闭或是开启相关反应。这一反应将导致红色或绿色荧光蛋白的生成，也标志着计算结果的产生。例如，在半加器所处的细胞内，两种分子同时存在将使其发出红光。这些反应的发生不会干扰细胞的一般功能，却允许它们在继续充当正常细胞的同时，也能“说”计算机的二进制语言。

 

细胞计算机却比电子计算机更加灵活，因为负责输入的分子和负责输出的蛋白都可被其他生物信号所取代，而传统的计算机只能局限于电子一种信号。这意味着生物计算机能够将由感染中获取的信号设置为输入功能，在输出时则能提供一种适当的治疗方法。此外，红色和绿色荧光蛋白等视觉信号也能发挥类似的作用，在致病因子出现时，皮肤就会发出红光。

 

植入人体内的细胞计算机甚至可与电子计算机直接进行交流，由于二者具有同样的逻辑，科学家希望电子计算机能和细胞更好地开展对话。事实上，研究团队已经进入了下一个阶段，其能够将决策性的逻辑编码进细胞，而不仅仅是生成一种反应。

 

然而，英国曼彻斯特城市大学的马廷·阿莫斯表示，由于一个细胞的输出功能并不能作为另一个细胞的输入功能，这一新途径是否能扩展至更大的计算电路仍待考证。科研人员面临的下一步挑战是如何更好地设计这些设备，以便其内部能够进行良好沟通。

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