可编程医学 是可编新生物电路研究的目标

2022-02-10 07:32:00花云妹导读在合成生物学世界中，诸如逻辑门和遗传时钟之类的程医基础组件的开发使电路的设计变得越来越复杂，包括解决数学问题，学新构建自主机器人以及玩互动

在合成生物学世界中，生物诸如逻辑门和遗传时钟之类的电路的目基础组件的开发使电路的设计变得越来越复杂，包括解决数学问题，研究构建自主机器人以及玩互动游戏的可编能力。

乔治亚理工学院的程医一组研究人员现在正在使用他们对生物电路学到的知识，为可编程医学的学新未来奠定基础。

就像任何其他小瓶透明液体一样，生物这些可编程药物将与我们的电路的目生物系统直接通信，对流经我们身体的研究信息进行动态响应，以在需要的可编时间和地点自动提供适当的剂量。这些未来的程医药物甚至可能终生存在于我们体内，与感染，学新抗癌和其他疾病作斗争，从根本上成为我们自身的治疗性生物学延伸。

我们距此还差很多年，但是通过Gabe Kwong实验室的研究获得的见解使我们与“酶计算机”的发展相距更近。“酶计算机”是用生物成分设计的生物电路，具有扩展和增强生活功能的能力。

佐治亚理工大学和埃默里大学生物医学工程系Wallace H. Coulter副教授Kwong说：“长远的眼光是可编程免疫的概念，他与研究员Brandon Holt合作在论文上说：“蛋白酶电路用于处理生物信息”，发表在《自然通讯》杂志上。这项研究是由国立卫生研究院赞助的。

霍尔特说，本文的故事始于两年前，当时“我们的实验室在开发基于酶的诊断方法方面拥有丰富的历史;最终，我们开始将这些系统视为计算机，这促使我们设计了简单的逻辑门，例如与门和或门。这个项目有机地发展了，我们意识到还有其他可以构建的设备，例如比较器和模数转换器。最终，这导致了采用模数转换器并将其数字化细菌活性的想法。”

最终，他们组装了可以与细菌感染的血液结合的无细胞生物回路，“其基本思想是可以量化细菌感染(细菌数量)，然后基本上实时地计算并释放选择性药物剂量”，霍尔特博士说。w光免疫综合实验室的学生，该论文的主要作者。

研究人员试图构建一种利用蛋白酶活性在数字或模拟框架下处理生物信息的生物电路(蛋白酶是将蛋白质分解为较小的多肽和氨基酸的酶)。该团队使用仅由生物材料制成的微型设备构建了其模数转换器，该设备将细菌中的信号改变为一和零。然后，电路使用这些数字来选择杀死细菌而不会过量的所需药物的适当剂量。

这是传统方法-生物电路将分子信号数字化，从而允许通过布尔逻辑执行操作。团队新论文的第二部分采用了更加细致入微的方法，重点是模拟电路而不是数字电路。Holt说：“我们将蛋白酶活性视为多值信号，介于1到0之间。”

这种多值方法导致了另一个想法，并最终使模拟生物电路有了更大的前景。

他补充说：“我们被这种模糊逻辑的想法所吸引，您可以在其中思考如果信号介于零和一之间会发生什么。” “这更像是一个模拟电路。我们真的受到这个概念的启发，因此我们决定使用与以前相同的基本材料(蛋白酶和肽)来构建模拟生物电路。而且我们能够解决数学上的Oracle问题，即“学习噪声与奇偶性”。

w说，从具有类似框架的生物分子环境中处理信息的能力至关重要。

他说：“模糊逻辑很有趣，因为生物学不会以零和一来思考。” 生物学是一种光谱。因此，如果您考虑酶的活动，它永远不会永远停下来。它已经打开，活动可以在零到一之间。因此，长期目标是认识到生物学并不像数字电子电路那么简单。实际上，您需要一些能力来处理模拟信号。”