瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院(ETH)的研究團隊近日宣布，他們成功研發(fā)出能夠用計算機控制細菌成長速度，并對細菌進行自由操作的全新技術。這是一種將機械和生物相結合的系統(tǒng)，因此研究人員將這種技術定位為“半機械細菌”。具體成果已刊載在知名科學雜志《NatureCommunications》上。
該團隊構建出了能夠用計算機對大腸桿菌成長速度進行精確控制的全新系統(tǒng)。大腸桿菌常被用于生物學實驗，而該系統(tǒng)利用紅、綠光照射大腸桿菌，來控制其成長速度。通過將光合細菌“藍細菌(Cyanobacteria)”的基因植入大腸桿菌，使其具備了對光的響應性。
“蛋氨酸（methionine）”是一種與細胞成長存在關聯(lián)性的氨基酸，通過控制產生蛋氨酸的酶，可以將制造藍細菌的光敏性系統(tǒng)，在大腸桿菌的細胞內進行聯(lián)結。當被紅光照射時，大腸桿菌細胞內的蛋氨酸停止生產，細胞成長速度也隨之變慢。另一方面，當用綠光進行照射時，蛋氨酸生產變的活躍，細胞成長速度也會變快。對這種進行過改造的大腸桿菌，只要使用電腦進行反饋型計算程序的光線切換，就能讓細胞按照預先設定好的成長曲線來成長。
研究小組還針對這種“半機械細菌”在突發(fā)環(huán)境變化時的反應進行了調查。研究證實，即使細菌培養(yǎng)環(huán)境中的營養(yǎng)成分以及溫度等條件在實驗中突然發(fā)生變化，細菌還是會在反饋型計算程序的控制下，按照預先設定好的成長曲線來成長。用來進行成長控制的計算程序，與飛機用來保持飛行高度所使用的程序相似，即使面對條件突變也能保持穩(wěn)定性和信賴度。
研究小組將該領域稱為“網絡遺傳學（CyberGenetics）”。網絡遺傳學的技術主要包括兩種類型，一種就是像本次研究成果這樣，利用計算機進行生物的體外操作。這種方式的有點在于它可以使用高水準的計算程序，是適用于生物反應器分子生產的一種方法。
另一種技術類型則是將分子·生物化學物質的合成控制系統(tǒng)給植入細胞內部，這種技術可以不依靠外部裝置，而是通過長期自律的方式來控制細胞，適用于細胞療法。蘇黎世聯(lián)邦理工學院的生物系統(tǒng)科學·工學部(D-BSSE)下屬的團隊當下正針對網絡遺傳學的第二種技術類型展開研究。
