RNA是細胞的翻譯官：像電話遊戲一樣， RNA將DNA的遺傳密碼轉譯為核糖體的細胞工廠。 在那裡， 細胞基於RNA的資訊產生蛋白質。
但RNA不僅僅是一個中間人。 它控制蛋白質形成。 因為蛋白質圍繞細胞完成各種重要過程， 您可以說RNA是閘道：沒有RNA信號， 就沒有蛋白質， 就沒有生命。
在Nature發表的一項新研究中， RNA終於成為中心。 通過向大腸桿菌細菌添加一些遺傳物質， Wyss研究所的一群生物劫機者劫持了有機體的RNA信使， 使其只有在某些特定刺激之後才能起作用。
結果誕生了一種能夠執行12個字元輸入的邏輯運算細菌——生物電腦，
亞利桑那州立大學亞歷山大·格林博士說： “這是一個電池能夠處理的電路中最多輸入。 能夠分析這些信號並作出決定是這裡的重大進展。 ”
當給定一組特定的刺激時，
這不是科學家第一次劫持生命的演算法， 將細胞重新程式設計成納米計算系統。 以前的工作已經向全世界引入酵母細胞， 這些酵母細胞可以從能夠執行布林邏輯的糖或哺乳動物細胞產生抗瘧疾藥物。
然而， 具有多個輸入和輸出的電路仍然難以程式設計。 原因是這樣的：合成生物學家傳統上專注于剪切， 融合或以其他方式安排細胞的DNA， 來產生他們想要的結果。
但DNA是從蛋白質中去除的兩個步驟，
更重要的是， 修改一個基因通常不足以編寫一個全新的電路。 科學家通常需要放大或關閉由數十或數百個基因組成的多個基因或多個生物“模組”的活動。
讓每一個移動元件同步工作， 就像你可能猜到的那樣——是一個讓人頭痛的方式。
通過“核電計算”， Green和同事們開始解決合成生物學中的一個主要問題：可預測性。 以“RNA”為名的“R（ribo）”命名， 該方法源自於2012年。
格林當時寫道：“迄今為止的合成生物電路嚴重依賴蛋白質調節劑難以擴大規模。 ” 他解釋說， 我們只有少量的“可設計部件”運行良好， 這些電路需要大量資源進行編碼和操作。 相比之下， RNA更可預測。 像其更著名的同胞DNA一樣， RNA由四種不同口味的單元組成：A， G， C和U.雖然RNA只是單鏈的， 而不是已知DNA的雙螺旋， 以非常可預測的方式結合短DNA樣序列：Gs始終與Cs一致，
由於這種可預測性， 可以設計完美結合在一起的RNA組分。 換句話說， 它減少了在不知情的儲存格中添加的RNA位的機會。
通常， 一旦RNA產生， 它立即沖向核糖體——細胞的蛋白質構建工廠。 認為它是一個不斷的“開”系統。
然而， 格林和他的團隊發現了一個聰明的機制來減緩他們的速度。 被稱為“toehold開關”， 它的工作原理如下：人造RNA元件首先被併入A， G， C和U鏈， 折疊成一個迴紋針狀結構。 這阻止RNA進入核糖體。 因為一條RNA鏈通常映射到一個蛋白質， 所以交換機防止蛋白質被製造出來。
以這種方式， 預設情況下， 開關設置為“關閉” ——布林邏輯中的“NOT”門。
要啟動開關， 細胞需要另一個元件：“觸發RNA”， 其結合RNA toehold開關。 這個翻轉了：RNA抓住核糖體和bam蛋白。
BioLogic門將幾個RNA開關串在一起，每個依賴於之前的活動，並形成一個“和”門。或者，如果每個開關的活動是獨立的，那就是一個“或”門。
“開關執行得如此之好，以至於我們想找到一種方法來最佳地利用它們進行蜂窩應用，” 格林說。“他們相當於您的第一個電晶體”。
一旦團隊優化了不同邏輯門的設計，他們將開關精心地凝結成“門RNA”分子。這些門RNA包含蛋白質的代碼和啟動過程所需的邏輯操作——可以說是分子邏輯電路。
如果您曾經玩過Arduino控制的電路，您可能知道測試其功能的最簡單的方法是使用燈泡。該團隊就是這麼做的，雖然有一個生物燈泡——綠色螢光蛋白，通常不存在於細菌中的光敏蛋白——當打開時，使微泡發出霓虹綠色。
在一系列實驗中，Green和他的團隊將門RNA遺傳插入細菌。然後，根據邏輯功能的類型，它們添加了觸發RNA的不同組合——輸入。當輸入RNA與其相應的門RNA匹配時，它在開關上翻轉，導致細胞點亮。
他們最複雜的電路包含五個AND門，五個OR門和兩個NOT——一個12輸入的ribocomputer，其功能與設計完全一致。RNA研究員西西大學的Julies Lucks博士說： “一切都與其他一切互動，有一百萬種方式，這些互動可以讓事故的轉變。
因為RNA可以預期地結合到其他人，所以現在我們可以設計大量的柵極和觸發單元庫來將所有類型的納米生物電腦進行混合和匹配。
RNA BioNanobots雖然該技術沒有任何即時的應用，但希望很大。
我們第一次可以大規模擴展，將新電路程式設計到活細胞中的過程。擴大了可用于重新程式設計生活基本代碼的可用生物成分庫。
此外，當凍結在一張紙上時，RNA保持非常好。以後可能會將RNA列印到紙張上，以回應病毒或腫瘤細胞，基本上將技術轉化為高度準確的診斷平臺。
但是，格林的希望對於他的基於RNA的電路來說更是如此。“因為我們使用了RNA，生物的普遍分子，我們知道這些相互作用也可以在其它細胞起作用，所以我們的方法提供了可移植到其他生物體的通用策略，”他說。
最終，希望將類似神經網路的能力程式設計到身體的其他細胞中。想像一下，細胞具有能夠執行大腦計算類型的電路。
也許有一天，合成生物學會將我們自己的細胞轉化為完全可程式設計的實體，將我們全部變成從內部的生物機器人。這多麼瘋狂！
BioLogic門將幾個RNA開關串在一起，每個依賴於之前的活動，並形成一個“和”門。或者，如果每個開關的活動是獨立的，那就是一個“或”門。
“開關執行得如此之好，以至於我們想找到一種方法來最佳地利用它們進行蜂窩應用，” 格林說。“他們相當於您的第一個電晶體”。
一旦團隊優化了不同邏輯門的設計，他們將開關精心地凝結成“門RNA”分子。這些門RNA包含蛋白質的代碼和啟動過程所需的邏輯操作——可以說是分子邏輯電路。
如果您曾經玩過Arduino控制的電路，您可能知道測試其功能的最簡單的方法是使用燈泡。該團隊就是這麼做的，雖然有一個生物燈泡——綠色螢光蛋白，通常不存在於細菌中的光敏蛋白——當打開時，使微泡發出霓虹綠色。
在一系列實驗中，Green和他的團隊將門RNA遺傳插入細菌。然後，根據邏輯功能的類型，它們添加了觸發RNA的不同組合——輸入。當輸入RNA與其相應的門RNA匹配時，它在開關上翻轉，導致細胞點亮。
他們最複雜的電路包含五個AND門，五個OR門和兩個NOT——一個12輸入的ribocomputer，其功能與設計完全一致。RNA研究員西西大學的Julies Lucks博士說： “一切都與其他一切互動，有一百萬種方式，這些互動可以讓事故的轉變。
因為RNA可以預期地結合到其他人，所以現在我們可以設計大量的柵極和觸發單元庫來將所有類型的納米生物電腦進行混合和匹配。
RNA BioNanobots雖然該技術沒有任何即時的應用，但希望很大。
我們第一次可以大規模擴展，將新電路程式設計到活細胞中的過程。擴大了可用于重新程式設計生活基本代碼的可用生物成分庫。
此外，當凍結在一張紙上時，RNA保持非常好。以後可能會將RNA列印到紙張上，以回應病毒或腫瘤細胞，基本上將技術轉化為高度準確的診斷平臺。
但是，格林的希望對於他的基於RNA的電路來說更是如此。“因為我們使用了RNA，生物的普遍分子，我們知道這些相互作用也可以在其它細胞起作用，所以我們的方法提供了可移植到其他生物體的通用策略，”他說。
最終，希望將類似神經網路的能力程式設計到身體的其他細胞中。想像一下，細胞具有能夠執行大腦計算類型的電路。
也許有一天，合成生物學會將我們自己的細胞轉化為完全可程式設計的實體，將我們全部變成從內部的生物機器人。這多麼瘋狂！