利用DNA重組酶編程人細胞，執行邏輯運算

在一項新的研究中，來自美國波士頓大學的研究人員開發出一種新的方法來改造哺乳動物細胞，從而允許對它們進行編程，讓它們以期望的方式發揮功能。相關研究結果於2017年3月27日在線發表在Nature Biotechnology期刊上，論文標題為「Large-scale design of robust genetic circuits with multiple inputs and outputs for mammalian cells」。

當全世界的科學家們尋找新的方法來預防和治療疾病時，新的技術正在出現，其中的一些技術涉及對人細胞進行編程，讓它們以期望的方式發揮功能，比如殺死癌細胞。在這項新的研究中，這些研究人員開發出一種新方法：利用DNA重組酶對哺乳動物細胞進行編程。

為了了解如何對細胞進行編程，科學家們已利用細菌等簡單的有機體開展研究，這導致使用轉錄因子來調節基因。不幸的是，這種技術經證實不適合用來對哺乳細胞進行編程，這是因為它並不能夠在所有的環境下一致性地產生同樣的結果。為了解決這個問題，這些研究人員選擇使用DNA重組酶開展研究。DNA重組酶能夠被用來以預先設計的方式切割DNA，並且以一種新的有用的方式將它連接在一起。

切割DNA，並且將它連接在一起允許對細胞進行編程，這是因為DNA控制著細胞製造哪些蛋白。通過一種特定的方式切割和連接DNA，這些研究人員能夠誘導人腎細胞產生一種熒光蛋白，這種熒光蛋白能夠讓該細胞在特定的條件下發出熒光。插入其他的DNA片段對DNA重組酶進行修飾，從而讓DNA重組酶失去活性，並且僅在某種化學物的存在下才被激活。通過切割多個DNA片段，導入新的DNA片段並將它們連接在一起，他們發現他們能夠構建出113種獨特的電路，成功率為96.5%。比如，他們構建出一種生物電路來模擬布爾查詢表（Boolean lookup table）。這種生物電路具有6個輸入值，從而允許執行16種邏輯運算。

這項研究僅是一種概念驗證研究，但是這些研究人員比較樂觀，認為他們的技術可能被用來開發出新的療法，比如通過對T細胞進行編程（可能導致它們攻擊腫瘤細胞）增強免疫系統的性能。另一種可能的應用就是利用這種技術對幹細胞進行編程，讓它們長出所需的組織。