瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院(ETH)的研究團(tuán)隊(duì)近日宣布，他們成功研發(fā)出能夠用計(jì)算機(jī)控制細(xì)菌成長速度，并對(duì)細(xì)菌進(jìn)行自由操作的全新技術(shù)。這是一種將機(jī)械和生物相結(jié)合的系統(tǒng)，因此研究人員將這種技術(shù)定位為“半機(jī)械細(xì)菌”。具體成果已刊載在知名科學(xué)雜志《NatureCommunications》上。
該團(tuán)隊(duì)構(gòu)建出了能夠用計(jì)算機(jī)對(duì)大腸桿菌成長速度進(jìn)行精確控制的全新系統(tǒng)。大腸桿菌常被用于生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，而該系統(tǒng)利用紅、綠光照射大腸桿菌，來控制其成長速度。通過將光合細(xì)菌“藍(lán)細(xì)菌(Cyanobacteria)”的基因植入大腸桿菌，使其具備了對(duì)光的響應(yīng)性。
“蛋氨酸（methionine）”是一種與細(xì)胞成長存在關(guān)聯(lián)性的氨基酸，通過控制產(chǎn)生蛋氨酸的酶，可以將制造藍(lán)細(xì)菌的光敏性系統(tǒng)，在大腸桿菌的細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行聯(lián)結(jié)。當(dāng)被紅光照射時(shí)，大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)的蛋氨酸停止生產(chǎn)，細(xì)胞成長速度也隨之變慢。另一方面，當(dāng)用綠光進(jìn)行照射時(shí)，蛋氨酸生產(chǎn)變的活躍，細(xì)胞成長速度也會(huì)變快。對(duì)這種進(jìn)行過改造的大腸桿菌，只要使用電腦進(jìn)行反饋型計(jì)算程序的光線切換，就能讓細(xì)胞按照預(yù)先設(shè)定好的成長曲線來成長。
研究小組還針對(duì)這種“半機(jī)械細(xì)菌”在突發(fā)環(huán)境變化時(shí)的反應(yīng)進(jìn)行了調(diào)查。研究證實(shí)，即使細(xì)菌培養(yǎng)環(huán)境中的營養(yǎng)成分以及溫度等條件在實(shí)驗(yàn)中突然發(fā)生變化，細(xì)菌還是會(huì)在反饋型計(jì)算程序的控制下，按照預(yù)先設(shè)定好的成長曲線來成長。用來進(jìn)行成長控制的計(jì)算程序，與飛機(jī)用來保持飛行高度所使用的程序相似，即使面對(duì)條件突變也能保持穩(wěn)定性和信賴度。
研究小組將該領(lǐng)域稱為“網(wǎng)絡(luò)遺傳學(xué)（CyberGenetics）”。網(wǎng)絡(luò)遺傳學(xué)的技術(shù)主要包括兩種類型，一種就是像本次研究成果這樣，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行生物的體外操作。這種方式的有點(diǎn)在于它可以使用高水準(zhǔn)的計(jì)算程序，是適用于生物反應(yīng)器分子生產(chǎn)的一種方法。
另一種技術(shù)類型則是將分子·生物化學(xué)物質(zhì)的合成控制系統(tǒng)給植入細(xì)胞內(nèi)部，這種技術(shù)可以不依靠外部裝置，而是通過長期自律的方式來控制細(xì)胞，適用于細(xì)胞療法。蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的生物系統(tǒng)科學(xué)·工學(xué)部(D-BSSE)下屬的團(tuán)隊(duì)當(dāng)下正針對(duì)網(wǎng)絡(luò)遺傳學(xué)的第二種技術(shù)類型展開研究。
