Nature子刊：科学家开发可执行复杂功能的细胞生物计算机

近日，发表在《Nature Communications》上的一项新研究中，来自以色列理工学院和麻省理工学院的科学家共同合作，将电气工程概念与生物工程工具结合在一起，首次在活细胞中创造出用于执行人工神经回路等复杂功能的细胞“生物计算机”。

研究团队通过将质粒上的基因设计成一台简单的计算机，即人工神经网络。然后，将新方法与现有的基因工程方法相结合，设计了合成计算电路，并将神经形态电子学的概念应用到细菌细胞中，创造出可以使用人工智能算法训练的细菌细胞。这些细胞可以动态重新编程，在执行“或”与“和”功能之间进行切换，以在不同条件下执行不同操作。研究人员为了在活细胞中实施人工神经网络，定义了一个基于对数的感知器版本，称为感知基因（图 1a），其对数输入输出操作使其更适合生化反应和基因的非线性特性规定。perceptgene 实现了一个对数分类器，该分类器将所有输入值渐进地划分为两类输出数据点（图 1a，右）。

此外，研究人员成功利用细胞对梯度的自然感知特性，制造了一个模数转换器，这是一种能报告特定分子浓度是“低”“中”还是“高”的细胞，这种传感器可以用于递送正确剂量的药物，包括癌症免疫治疗和糖尿病药物。

总之，研究人员创建了多层感知基因电路，可以计算软多数函数、执行模数转换并实现三元开关。还创建了一个可编程的感知基因电路，其计算可以使用小分子归纳法从 OR 修改为 AND 逻辑。创建和控制细胞过程的能力为更复杂的编程铺平了道路，为生物制造和治疗领域提供了有价值的线索。