Only Perception: 第一個多重輸入「PnP」合成 RNA 裝置

2008-10-18

第一個多重輸入「PnP」合成 RNA 裝置

Engineers build first-ever multi-input 'plug-and-play' synthetic RNA device
http://www.physorg.com/news143465592.html

October 17, 2008

來自加州理工的工程師創造出一種「plug-and-play（隨插即用）」的合成 RNA 裝置 -- 一種傑出的可客製化生物電腦 -- 那能夠被攝入且每一次能對一種以上的生物或環境訊號做出回應。

在未來，這樣的裝置能有許多潛在的醫療應用，包括權充感應器來嗅探出腫瘤細胞或著在癌症治療期間，決定何時將修改過的基因開啟與關閉。

合成 RNA 裝置是一種生物裝置，那使用以 RNA 核苷酸製成的、設計好的模組化元件來完成特定功能 -- 例如，偵測並回應細胞內或即時環境中的生化訊號。

由加州理工的 Christina Smolke（化工助教授）以及 Maung Nyan Win（化工博士後學者）所創造，這個裝置是以基於 RNA 的工程生物等價物所製成，包含了感應器、致動器（actuator）與資訊傳輸器等模組。這些個別的元件能以各種不同的方式結合以創造出一種裝置，能同時偵測以及回應幾乎是無窮無盡的環境與細胞訊號。

這種模組化裝置以一種幾乎與電腦中所用之邏輯閘相同的方式來處理這些輸入；它能完成 AND, NOR, NAND, 與 OR 等運算，而且能夠完成訊號過濾與訊號取得操作。Smolke 與 Win 的創作是第一個能夠處理超過一種以上之輸入生物資訊的 RNA 裝置。"在單一輸入裝置這方面已經完成了許多研究，" Smolke 提到。"不過這是第一次證明一個多重輸入的 RNA 裝置是可能的。"

他們的研究發表在 10/17 的 Science 期刊上。

這種裝置模組化 -- 或著隨插即用 -- 的天性也意味著它能輕易地修改以符合幾乎是任何需求。"當科學家們想要其 RNA 裝置有新功能時，將不用每次重新設計他們的系統，" Smolke 解釋。"這種模組化架構能讓你迅速將一個裝置兜在一起，而且能輕易地將某些元件換成另一種，然後獲得一種完全不同的運算結果。我們能夠產生龐大的、定義明確的感應器「元件庫（libraries）」，並且從這樣的元件庫組裝出許多不同的定做裝置。"

雖然這篇 Science 論文中的研究是在酵母細胞中完成，但 Smolke 表示，他們已經證明它們也能轉換到哺乳類動物的細胞。這使得我們可考慮將這些裝置用於廣泛地各種醫療應用。

例如，Smolke 持續進行的研究正在觀察這些 RNA 裝置 -- 配置以適當的感應器分子 -- 在人類 T 細胞中的封裝。這些合成裝置將正確地置於細胞之中以偵測某些訊號 -- 如，由腫瘤細胞所釋出的、一種以上的特定生物標記。如果這些生物標記存在，RNA 裝置將能夠發出訊號給 T 細胞開始對推定的腫瘤細胞採取對抗行動。

同樣地，一個 RNA 裝置能跟著一種改造過的基因綁在一起，成為某種標靶式基因療法包裝的一部份。基因療法所面臨的問題之一是，它缺乏專一性 -- 要確定一個修改過的基因是要去修補所及肝臟範圍中的問題或著僅插入肝細胞中頗為困難。但一個 RNA 裝置，Smolke 說，能客製化來偵測某個肝細胞的獨特生物標記 -- 或更甚者，一個生病的肝細胞 -- 並接著讓修改過的基因幹它的活。

※ 還能用來生產各種蛋白質。

＊ Higher-Order Cellular Information Processing with Synthetic RNA Devices
http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/322/5900/456