新设备可以使大型生物回路实用

近年来，研究人员在设计和创建生物电路方面取得了长足的进步。生物电路与电子电路一样，可以接受许多不同的输入并提供特定种类的输出。但是，尽管此类生物回路的各个组件可以具有精确且可预测的响应，但随着更多此类元素的组合，这些结果变得难以预测。

麻省理工学院的一组研究人员现在已经想出了一种大大降低这种不可预测性的方法，引入了一种设备，该设备最终可以使这种电路的行为几乎与电子同类电路一样可预测。这项发现发表在本周的《自然生物技术》杂志上，该论文由机械工程副教授Domitilla Del Vecchio和生物工程学教授Ron Weiss撰写。

该论文的主要作者是麻省理工学院生物工程研究生Deepak Mishra。其他作者包括机械工程领域的硕士研究生Phillip Rivera和电气工程和计算机科学领域的Allen Lin。

Del Vecchio和Weiss解释说，这种合成生物回路有许多潜在用途。Del Vecchio说：“我们正在研究的一种特定的是生物传感-细胞可以检测环境中的特定分子并产生特定的响应输出。” 一个例子：可以检测指示癌细胞存在的标记物，然后触发释放旨在杀死这些细胞的分子的细胞。

Weiss说，重要的是，这类电路必须能够准确区分癌细胞和非癌细胞，因此它们不会在错误的位置释放杀伤力。为了做到这一点，由细胞内的生物元素创建的强大的信息处理电路变得“至关重要”，Weiss说。

迄今为止，这种稳健的可预测性还不可行，部分原因是引入生物电路的多个阶段时的反馈效应。出现问题是因为与电子电路不同，在电子电路中，一个组件通过导线物理连接到下一个，以确保信息始终沿特定方向流动，而生物电路则由在整个复杂的流体环境中都漂浮在一起的组件组成。牢房的内部。

信息流是由各个组件的化学相互作用驱动的，理想情况下，该化学相互作用仅应影响其他特定组件。但是实际上，建立这种生物联系的尝试往往产生与预期不同的结果。

Del Vecchio说：“如果将电路组合在一起，并且期望得到答案'X'，而得到的答案却是'Y'，那将是一个很大的问题。”

团队为解决该问题而生产的设备称为负载驱动器，其作用类似于电子电路中使用的负载驱动器：它在信号和输出之间提供一种缓冲，从而防止了信号的影响。通过系统备份并导致输出延迟。

研究人员说，尽管这是相对早期的研究，可能需要数年才能达到商业应用，但该概念可能具有广泛的应用。例如，它可能导致合成的生物回路不断测量糖尿病患者血液中的葡萄糖水平，并在需要时自动触发胰岛素的释放。

Del Vecchio说，将此负载驱动器添加到设计生物电路的人员可以使用的组件中，“可能会升级您可以设计的电路的复杂性，”开辟了新的可能的应用，同时确保其操作“健壮且可预测”。 ”

波士顿大学生物医学工程学教授詹姆斯·柯林斯(James Collins)并未参与此项研究。他说：“合成生物学创建复杂基因电路的努力通常受到电路子模块之间无法预料或无法表征的相互作用的阻碍。这些相互作用改变了子模块的输入输出特性，导致不良的电路行为。”

但是现在，柯林斯说：“德尔·韦基奥和韦斯通过创建一种能够解释和纠正这种相互作用的遗传装置，在该领域取得了重大进展，从而带来了更加可预测的回路行为。”

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