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瑞典科学家发明能用计算机控制的“半机械细菌”

来源:科技世界网 作者:编辑 人气: 发布时间:2016-10-27
摘要:瑞士苏黎世联邦理工学院 (ETH) 的研究团队近日宣布,他们成功研发出能够用计算机控制细菌成长速度,并对细菌进行自由操作的全新技术。这是一种将机械和生物相结合的系统,因此研究人员将这种技术定位为半机械细菌。具体成果已刊载在知名科学杂志《Nature Com
科学家发明能用计算机控制的“半机械细菌”.jpg


   瑞士苏黎世联邦理工学院 (ETH) 的研究团队近日宣布,他们成功研发出能够用计算机控制细菌成长速度,并对细菌进行自由操作的全新技术。这是一种将机械和生物相结合的系统,因此研究人员将这种技术定位为“半机械细菌”。具体成果已刊载在知名科学杂志《Nature Communications》上。

该团队构建出了能够用计算机对大肠杆菌成长速度进行精确控制的全新系统。大肠杆菌常被用于生物学实验,而该系统利用红、绿光照射大肠杆菌,来控制其成长速度。通过将光合细菌“蓝细菌(Cyanobacteria)”的基因植入大肠杆菌,使其具备了对光的响应性。

“蛋氨酸(methionine)”是一种与细胞成长存在关联性的氨基酸,通过控制产生蛋氨酸的酶,可以将制造蓝细菌的光敏性系统,在大肠杆菌的细胞内进行联结。当被红光照射时,大肠杆菌细胞内的蛋氨酸停止生产,细胞成长速度也随之变慢。另一方面,当用绿光进行照射时,蛋氨酸生产变的活跃,细胞成长速度也会变快。对这种进行过改造的大肠杆菌,只要使用电脑进行反馈型计算程序的光线切换,就能让细胞按照预先设定好的成长曲线来成长。

研究小组还针对这种“半机械细菌”在突发环境变化时的反应进行了调查。研究证实,即使细菌培养环境中的营养成分以及温度等条件在实验中突然发生变化,细菌还是会在反馈型计算程序的控制下,按照预先设定好的成长曲线来成长。用来进行成长控制的计算程序,与飞机用来保持飞行高度所使用的程序相似,即使面对条件突变也能保持稳定性和信赖度。

研究小组将该领域称为“网络遗传学(Cyber Genetics)”。网络遗传学的技术主要包括两种类型,一种就是像本次研究成果这样,利用计算机进行生物的体外操作。这种方式的有点在于它可以使用高水准的计算程序,是适用于生物反应器分子生产的一种方法。

另一种技术类型则是将分子·生物化学物质的合成控制系统给植入细胞内部,这种技术可以不依靠外部装置,而是通过长期自律的方式来控制细胞,适用于细胞疗法。苏黎世联邦理工学院的生物系统科学·工学部(D-BSSE)下属的团队当下正针对网络遗传学的第二种技术类型展开研究。

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