苏黎世联邦理工学院法比欧·贝尔·加敏 在他们的研究中，苏黎世联邦理工学院的科学家将数学和电子信息处理方法引入生物系统
功劳:彩盒/蒙太奇:吉登·威斯纳 苏黎世联邦理工学院的科学家正在努力开发生物细胞中的信息处理交换系统
现在，他们第一次在人类细胞中开发了一种对不同信号做出反应的“或”开关
生物细胞有朝一日可能会配备人工基因程序，其工作方式与电子系统非常相似
这种重新编程的细胞可以在我们体内执行医疗任务，如诊断疾病或提供治疗
一个潜在的应用是改变免疫细胞来对抗肿瘤细胞
由于肿瘤细胞具有不同的遗传特征，例如，下面的生化程序必须在治疗细胞中运行:“如果细胞是X型、Y型或Z型，就摧毁它
" 在数学和电子学中，这样的函数叫做或门
“当多种不同的事物导致相同的结果时，当你不得不同时处理不同的输入时，这些在决策过程中是需要的，”齐滕·多希解释道，他是瑞士联邦理工学院生物系统科学与工程系亚科夫·贝纳森教授团队的博士生
多希和贝纳森与同事合作，首次在人类细胞中开发了一种或门——一种分子开关元件，当它测量两个或多个生化输入信号中的一个时，会发出生化输出信号
贝纳森解释说，以前在生物细胞中实现的或门非常简单
例如，当一个细胞被认为是对信号X或信号Y做出反应而分泌一种物质时，科学家将两个系统结合起来:一个是对信号X做出反应而分泌这种物质，另一个是对信号Y做出反应而释放这种物质
相比之下，联邦理工学院科学家的新“或”门是一个真正的“或”门——一个由单一系统组成的门
和所有生物系统一样，它的设计采用了DNA序列的形式
在新闸门的情况下，该序列明显更短，因为它是一个系统而不是两个独立的系统
灵感来自大自然 为了实现或门，联邦理工学院的研究人员使用了转录，这是一种细胞过程，在这个过程中，基因的信息以信使核糖核酸分子的形式被读取和存储
这一过程是由一类称为转录因子的分子启动的，这些分子以特定的方式与基因的“激活序列”(启动子)结合
还有一些基因有几个这样的激活序列
这方面的一个例子是一种叫做CIITA的基因，它在人类中有四个这样的序列
联邦理工学院的研究人员从这一基因中获得灵感，并开发了合成构建体，其中含有一个负责荧光染料生产的基因，该基因有三个激活序列
多达两个转录因子和一个或多个小RNA分子特异性结合并控制这些序列中的每一个
当转录通过三个激活序列中的至少一个启动时，基因构建体产生染料
e
，通过序列1或序列2或序列3
研究人员为这个新系统申请了专利
结束循环 正如贝纳森所强调的，这项研究形成了一个循环
从历史的角度来看，信息处理在生物进化的过程中得到了发展:人类和动物非常善于从大脑中接受感官输入，并对其进行处理和做出相应的反应
直到19世纪，可切换电子元件的发展才开始:首先是继电器；后来用真空管；最后是晶体管，这使得现代计算机的建造成为可能
在他们的研究中，联邦理工学院生物工程学家试图将这些数学和电子信息处理方法带回生物系统
“首先，这有助于我们更好地理解生物学，比如生物化学决策过程是如何在细胞中发生的
另一方面，我们可以利用这些方法开发新的生物功能，”贝纳森说
研究人员受益于生物细胞为此提供理想条件的事实
更复杂的诊断和治疗形式 这种细胞信息处理有望主要用于医学诊断和治疗
“今天的医学治疗通常相当简单:我们经常只用一种药物治疗疾病，不管疾病的生物学和病因有多复杂，”贝纳森说
这与生物体如何应对外部变化形成鲜明对比
例如，身体的压力反应可能非常复杂
“我们的生物分子信息处理方法提供了使用人工基因网络的希望，这种网络可以识别和处理不同的信号，有朝一日可以开发复杂的细胞诊断系统和潜在的更有效的治疗形式，”贝纳森说
这种形式的治疗还将确定成功治疗后何时达到正常状态
例如，一种理想的癌症治疗方法只要肿瘤细胞存在于体内就能与之对抗，但不能对抗健康组织，因为这样做会造成损害
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