作者:梅根·费尔曼，西北大学 合成生物学家在活细胞的设计上取得了突破
信用:贾斯汀·穆尔 西北大学合成生物学家乔舒华·莱纳德小时候曾用电子工具包制作设备
现在，他和他的团队已经开发了一个设计驱动的过程，使用来自一种非常不同的工具包的部分来为细胞工程构建复杂的基因电路
医学中最激动人心的前沿领域之一是使用活细胞作为治疗手段
例如，使用这种方法治疗癌症，许多患者已经治愈了以前无法治愈的疾病
这些进展采用了合成生物学的方法，这是一个不断发展的领域，融合了生物学和工程学的工具和概念
西北大学的新技术使用计算建模来更有效地识别有用的基因设计，然后在实验室中构建它们
面对无数的可能性，建模指出研究人员的设计提供了真正的机会
伦纳德说:“为了改造一个细胞，我们首先在一段脱氧核糖核酸中编码一种期望的生物功能，然后将这种脱氧核糖核酸程序传递给人类细胞，以指导其执行期望的功能，例如只在细胞环境中响应某些信号时激活基因。”
他与华盛顿大学的内达·巴格里合作，领导了一个来自西北大学的研究小组进行这项研究
伦纳德是麦考密克工程学院化学和生物工程的副教授，也是西北大学合成生物学中心的主要教员
他的实验室专注于利用这种编程能力来构建治疗方法，如激活免疫系统的工程细胞，以治疗癌症
巴格里是生物学和化学工程的副教授，也是华盛顿西雅图大学华盛顿研究基金会的研究员
她的实验室使用计算模型来更好地理解——并随后控制——细胞决策
伦纳德和巴格里共同为约瑟夫·马尔登提供建议，后者是最近的博士生，也是该论文的第一作者
“模型导向设计已经在细菌和酵母等细胞类型中进行了探索，但这种方法在哺乳动物细胞中相对较新，”马尔登说
这项研究设计并测试了几十个基因电路，将于2月发表
19发表在《科学进展》杂志上
像其他合成生物学技术一样，这种方法的一个关键特征是它易于被其他生物工程小组采用
迄今为止，依靠反复试验来开发基因程序仍然是困难和耗时的
除了相对简单的功能之外，实现生物学功能也是一项挑战
研究小组使用了伦纳德实验室发明的基因部件“工具包”，并将这些部件与计算工具配对，在进行实验之前模拟许多潜在的基因程序
他们发现，各种各样的基因程序，每一个都在人类细胞中执行一个期望的和有用的功能，可以被构建成每个程序都像预测的那样工作
不仅如此，这些设计第一次就奏效了
“以我的经验来看，在科学中没有什么是这样的；第一次什么都不管用
伦纳德说:“在任何新的基因设计发挥预期作用之前，我们通常会花大量时间进行调试和完善。”
“如果每一个设计都如预期的那样工作，我们就不再局限于试错法建造
相反，我们可以花时间评估那些可能有用的想法，以便磨练出真正伟大的想法
" “稳健的代表性模型可能会产生破坏性的科学和转化影响，”巴格里补充道
“这一发展只是冰山一角
" 在这项研究中开发和实现的遗传电路也比以前的技术水平更复杂
这一进展为工程细胞提供了机会，使其发挥更复杂的功能，使治疗更安全、更有效
伦纳德说:“有了这种新能力，我们在真正设计生物学方面迈出了一大步。”
论文的题目是“哺乳动物遗传程序的模型导向设计”
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