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如何做到利用计算机调控细胞的行为?

Update:2017-12-06From:Nat Commun Hot:
  

最近,来自法国巴斯德研究所以及来自奥地利科学技术研究所的研究者们在《Nature Communications》杂志上发表了两篇文章,展示了利用计算机调控细胞事件的技术。这一技术结合了显微成像以及相关计算机软件,能够帮助研究者们通过已有算法实时观察细胞的活动情况。这两篇文章揭示了这些手段能够帮助对细胞群体的行为进行便捷地重编程操作。从外部调控细胞的活动对于揭示特定蛋白质的生物学意义以及优化生物代谢过程具有积极的意义。

 
合成生物学的最终目的是结合生物学与工程学的手段对细胞进行重编程,从而提高其在某一特殊工作中的表现水平。而完成这一目的的最大挑战则是如何打破自然条件下生物系统的局限。例如,我们很难将所有的细胞基因的表达状态调整到一致的水平,尽管它们在同样的条件下培养,因此,将细胞过程同步化是需要花费极大的时间成本。
 
(图片来源:Gregory Batt, Jakob Ruess, Chetan Aditya (Inria / Institut Pasteur))
 
对此,来自法国巴斯德研究所的研究者们结合了计算机与显微成像技术完成这一目标。细胞放置于一个微液流设备中,细胞会受到外界化学环境或光照的刺激。之后,计算机系统会根据细胞的行为以及实验的目的决定对细胞进行何种刺激。此外,计算机还调控显微镜进行成像与分析,从而能够对细胞的反应进行实时定量研究。
 
在其中一篇文章中,作者们利用光遗传学的手段激活细胞中基因的表达,这一系统能够帮助研究者们对每一个细胞施加独特的刺激,或者在多个细胞之间建立真实的交流。而在第二篇文章中,作者等人则揭示了它们在不稳定的参数条件下如何对细胞活动进行检测。
 
这些结果成功地展示了生物学与数字科学结合的效果,该技术有助于系统性地理解细胞的各个生命活动进程。
 

资讯出处:Computerized biology, or how to control a population of cells with a computer

 
原始出处:Remy Chait, Jakob Ruess, Tobias Bergmiller, Gašper Tkačik, Călin C. Guet. Shaping bacterial population behavior through computer-interfaced control of individual cells. Nature Communications, 2017; 8 (1) DOI: 10.1038/s41467-017-01683-1
细胞 调控 计算机
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