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借助CRISPR技术 科学家向人体细胞植入双核“生物计算机”

据悉,这种细胞可以扮演“逻辑门”的角色,从外界获取信息、处理并响应某些代谢过程。
借助CRISPR技术 科学家向人体细胞植入双核“生物计算机”
(图片: Pixabay)

被称作“基因刀”的 CRISPR 基因编辑技术,已经被许多科学家用于遗传疾病的治疗研究。但是瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)的一支研究团队,却将它应用到了全新的领域 —— 在人体细胞内插入一台具有功能性的“生物计算机”。据悉,这种细胞可以扮演“逻辑门”的角色,从外界获取信息、处理并响应某些代谢过程。

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研究配图 - 1(来自:ETH Zurich,via New Atlas

首席研究员 Martin Fussenegger 表示,人体本身就是一台大型计算机:“从古至今,其新陈代谢已经吸收了数万亿个细胞的计算能力。但与超算相比,它只需要一片面包的能量,就可以开展工作”。
利用这些自然过程来构建逻辑电路,是合成生物学的关键目标。为此,ETH Zurich 的研究团队,决定借助 CRISPR 这款基因编辑工具,找到了将‘双核处理器’插入人体细胞的方法。

通常情况下,CRISPR 需要借助引导 RNA 序列的靶向基因组中的特定 DNA 片段,才能展开精确的编辑。但在这个新项目中,研究团队打造了一款能够充当处理器的特制 Cas9 酶。
据悉,这种酶能够输入读取引导 RNA,并以特定的基因表达作为回应。反之,它可产生某些蛋白质作为输出。从本质上来说,这与数字半加法器没有区别。

它们可以比较两个输入、或添加两个二进制数,并提供两个输出。为提升算力,研究人员还设法将两个‘生物处理器核心’压缩进了一个单元中。

展望未来,这些“双核生物处理器”能够堆积到数十亿的数量,以制造强大的生物计算机,来诊断和治疗疾病。
团队表示,他们可以寻找生物标记物,并通过创建不同的治疗分子来应对。具体取决于是否存在一种、另一种、或两种生物标记物。

Fussenegger 称:“想象一下拥有数十亿个细胞的微组织,且其中每一个细胞都配备了自己的双核处理器。理论上,这类计算机可获得远超数字型超级计算机的算力、同时能耗仅为后者的一小部分”。
有关这项研究的详情,已经发表在近日出版的《美国国家科学院院刊》(PNAS)期刊上。原标题为:

《A CRISPR/Cas9-based central processing unit to program complex logic computation in human cells》

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