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标题: 在人细胞中构建出一种强大的基于CRISPR/Cas9的双核CPU [打印本页]

作者: zhangzey 时间: 2022-6-13 21:01
标题: 在人细胞中构建出一种强大的基于CRISPR/Cas9的双核CPU
　　在一项新的研究中，来自瑞士苏黎世联邦理工学院的研究人员将两个基于CRISPR-Cas9的核心处理器整合到人体细胞中，这代表了在构建强大的生物计算机方面迈出了重要的一步。相关研究结果发表在2019年4月9日的PNAS期刊上，论文标题为“A CRISPR/Cas9-based central processing unit to program complex logic computation in human cells”。论文通讯作者为苏黎世联邦理工学院生物系统科学与工程系生物技术与生物工程教授Martin Fussenegger。

　　基于从数字世界借来的模型通过基因开关控制基因表达长期以来一直是合成生物学的主要目标之一。数字技术使用所谓的逻辑门来处理输入信号，产生电路，比如，仅当输入信号A和B同时存在时才产生输出信号C。

　　迄今为止，生物技术学家已经尝试在细胞中的蛋白编码基因开关的帮助下构建这样的数字电路。然而，这些数字电路有一些严重的缺点：它们不是非常灵活，只能接受简单的编程，并且一次仅能够处理一个输入信号，比如一种特定的代谢分子。因此，细胞中更复杂的计算过程仅在某些条件下是可能的，这并不可靠且经常失败。

　　即使在数字世界中，电路依赖于电子形式的单个输入。然而，这样的电路以其速度对此进行补偿，每秒执行高达十亿个命令。相比之下，细胞较慢，每秒可处理多达10万种不同的代谢分子作为输入。然而，迄今为止，之前的细胞计算机甚至没有充分利用人体细胞的巨大代谢计算能力。

　　稳定细胞系构建服务由生物组分构建成的CPU

　　如今，Fussenegger及其团队发现一种方法利用生物组分构建一种灵活的称为****处理单元（CPU）的核心处理器，它接受不同类型的编程。他们开发出的这种处理器基于经过基因修饰的CRISPR-Cas9系统，并且基本上能够以RNA分子（称为向导RNA）的形式接受所需数量的输入。

　　Cas9蛋白的一种特殊变体构成了这种处理器的核心。通过对由向导RNA（gRNA）序列递送的输入作出反应，CPU调节特定基因的表达，这个基因接着产生特定的蛋白。通过这种方法，这些研究人员能够对人体细胞中的可扩展电路进行编程---就像数字半加法器那样，它们由两个输入和两个输出组成，并且能够执行两个单位二进制数的加法运算。

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