生物通報道 哺乳動物細胞現在能夠執行電子計算機的功能：進行邏輯運算。來自瑞士的研究人員給細胞裝配了一個復雜的基因網絡使得它不僅僅能完成如1加1的簡單任務。相關研究論文發表在6月3日的《自然》（Nature）雜志上。

　　這項研究由來自瑞士蘇黎世聯邦理工學院生物系統系生物技術與生物工程學教授Martin Fussenegger領導。在文章中，研究人員構建了一個能夠執行邏輯運算的基因網絡，并由此啟動了特異的代謝步驟。“我們開發出了第一個真正的細胞計算器，”Fussenegger說。

　　利用生物成分，研究人員開發出了一套不同的元件可在不同的組合中相互連接，并隨后執行邏輯運算。這些術語稱之為“邏輯門”的電路元件利用了蘋果分子根皮素（phloretin）和抗生素紅霉素作為輸入信號。基于布爾邏輯（Boolean logic）進行計算。

　　具有模塊化結構的計算器

　　研究人員利用生物元件構建出了幾種“邏輯門”，例如“與”（AND）門，在計算機技術中也被稱作“與”計算器（operator）。在“與”邏輯門中，需要提交兩個輸入信號根皮素和紅霉素在輸出信號中做作為“一”被計算。基于這個“一”，基因網絡啟動形成了一種熒光蛋白，使得細胞發光。如果缺失其中一種輸入信號，細胞就不會發亮。

　　通過組合和相互連接幾個邏輯門，生物技術人員最終獲得了“半加器”（ “half-adder）和“半減器”（ half-subtractor），這兩種計算機技術中的中心電路元件。半加器是一種基本的數字電路可以合計二進制數；另一方面，半減器負責減去它們。這兩種元件存在于每個數字計算器中，負責執行大部分的運算。在細胞結構試驗中，兩個生物計算機元件生成了實質的結果。

　　第一個“真正”的可編程細胞計算器

　　“通過組合幾個邏輯門，我們在細胞合成基因網絡中獲得了從所未有的復雜水平，”Fussenegger教授說。此外，值得注意的是生物計算器可以平行處理兩個不同的輸入和輸出信號。這將生物計算器不同于數碼電子產品，因為數碼電子產品只能利用電子運作。

　　Fussenegger教授說：“當然，我們的計算器遠遠比不上電腦（PC）高效。然而從本質上講，一個細胞能夠平行處理許多不同的代謝產物。盡管到目前為止生物計算器只能夠控制基本的二進制運算，一個哺乳動物細胞能夠像這樣運算就已經是一件令人驚嘆的事情。”

　　其他一些科學家已經在酵母和細菌中實現了不同的電路元件。在新系統中，所有都存在于單個細胞里，基于哺乳動物細胞的復雜性其輕易就超越了酵母和細菌。

　　設想未來的應用

　　相比于改變細菌或酵母細胞，研究人員因此更加接近治療應用。對于Fussenegger教授而言，可以想象如果有必要，細胞計算器可在遙遠的未來和步驟中用于監控患者的新陳代謝。可將這些智能細胞植入到糖尿病患者體內，例如通過開發一個電路識別疾病相關代謝產物，調控具治療效應物質的釋放，例如胰島素。然而目前研究人員離這樣的應用仍相距甚遠。

　　這一細胞計算器的想法來自Fussenegger的博士生Simon Ausl?nder。由于Fussenegger的實驗室之前就具備了構建這一計算器的必要元件，這一想法便在這片沃土中成長。“這是合成生物學的美妙之處：我們只需要鉆研這一工具箱，就可以創造出新的功能。”