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科学家开发“细胞计算机”:人体就是一台大型计算机

导语:生物计算机可以打开或关闭基因表达,产生特定的蛋白质,从而监测和适应我们的身体变化。 新浪科技讯北京时间4月30日消息。据国外媒体报道,瑞士研究人员称,他 ...
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[电脑硬件] 科学家开发“细胞计算机”:人体就是一台大型计算机

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生物计算机可以打开或关闭基因表达,产生特定的蛋白质,从而监测和适应我们的身体变化。

新浪科技讯北京时间4月30日消息。据国外媒体报道,瑞士研究人员称,他们成功制造出一种功能强大、类似计算机的人体细胞,这种细胞最终可能被用来帮助监测一个人的健康状况,甚至对抗癌症和其他疾病。

利用基因编辑工具CRISPR-Cas9,研究人员能够模拟出像计算机一样运作的人类细胞,并制造出所谓的“程序可扩展回路”。

“这种细胞计算机听起来像是一个革命性的想法,但事实并非如此,”瑞士苏黎世联邦理工学院生物系统科学与工程系的生物技术与生物工程教授马丁·富塞内格尔(Martin Fussenegger)说,“人体本身就是一台大型计算机。自远古时代起,人体的新陈代谢就利用了数万亿个细胞的计算能力。”

这种细胞的工作原理就像一台计算机,可以改变基因特性的表达,利用Cas9蛋白的一种特殊变体来读取RNA序列,然后打开或关闭基因表达,产生特定的蛋白质。虽然这种情况下的“技术”是生物性的,但它却能高度模拟中央处理器(CPU)的功能,即细胞处理器可以根据期望的结果执行特定的操作。

通过控制“细胞计算机”的活动,研究人员不仅可以通过对某些化学过程或代谢产物的反应来识别人体内发生的事件,还可以帮助对这些事件做出反应。例如,如果某种生物标志物在体内停留的时间更长,那就可能表明癌症正在转移。然后,“生物计算机”就可以帮助锁定目标肿瘤,并利用它的能力将其移除。

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这一最新发现与其他生物计算机的不同之处在于它强大的处理能力。

研究人员表示,这一最新发现与其他生物计算机的不同之处在于它强大的处理能力。科学家们设想的不仅是单个的生物计算机,而是整个细胞网络,这种细胞网络实际上可以组成一种实际上能够扩大处理能力的智能组织。

“想象一下,在一个拥有数十亿细胞的微组织中,每个细胞都配备了自己的双核处理器,”富塞内格尔在一份声明中指出,“从理论上讲,这种‘计算器官’的计算能力可以远远超过一台数字超级计算机,而且只需要消耗很少的能量。”

在富塞内格尔的设想中,他的细胞计算机的能量来源将会非常简单。他说:“与专门的超级计算机相比,这种大型计算机只需要一片面包就能提供能量。”

对希望创造出似计算机细胞来帮助改善人体健康的科学家来说,这一发现意味着重大的突破。此前的研究主要集中在蛋白质基因开关的使用上,而蛋白质基因开关不具备处理信息的能力,一次只能处理一条指令。研究人员表示,这项技术的下一步将是添加一个多核处理器,它将能够处理更复杂的命令和信息。

什么是CRISPR-Cas9?   

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CRISPR/Cas9技术使用标记来识别突变的位置,并通过一种切割酶在某个精确的位置切割DNA,允许基因的一小部分被移除

CRISPR-Cas9是一种在细菌中发现的可以在DNA中进行精确编辑的工具。缩写词CRISPR代表“常间回文重复序列丛集”(Clustered Regularly Inter-Spaced Palindromic Repeats)。这项技术包括一个DNA切割酶和一个决定酶在哪里切割的标记。

通过编辑这个标记,科学家能够将切割酶定位到DNA的特定区域,并在任何他们想要的地方进行精确的切割。CRISPR/Cas9技术已经被用来使基因“沉默”,即有效地关闭基因。当细胞在修复DNA断裂时,这一小段DNA就被移除了。通过这种方式,研究人员就可以精确地关闭基因组中的特定基因。此前,科学家使用这一方法编辑了HBB基因,以治疗乙型地中海贫血(β-thalassaemia)。

来源:新浪科技  作者:任天

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