基于從數(shù)字世界借來的模型通過基因開關控制基因表達長期以來一直是合成生物學的主要目標之一。數(shù)字技術使用所謂的邏輯門來處理輸入信號，產(chǎn)生電路，例如，僅當輸入信號A和B同時存在時才產(chǎn)生輸出信號C.

 迄今為止，生物技術學家已經(jīng)嘗試在細胞中的蛋白質(zhì)基因開關的幫助下構建這樣的數(shù)字電路。然而，這些有一些嚴重的缺點：它們不是非常靈活，只能接受簡單的編程，并且能夠一次只處理一個輸入，例如特定的代謝分子。因此，單元中更復雜的計算過程僅在某些條件下是可能的，不可靠且經(jīng)常失敗。

 即使在數(shù)字世界中，電路依賴于電子形式的單個輸入。然而，這樣的電路以其速度對此進行補償，每秒執(zhí)行高達十億個命令。相比之下，細胞較慢，但每秒可處理多達100,000種不同的代謝分子作為輸入。然而，以前的細胞計算機甚至沒有接近耗盡人體細胞的巨大代謝計算能力。

 生物成分的CPU

 差壓變送器領導的研究小組現(xiàn)在已經(jīng)找到了一種利用生物組件構建靈活核心處理器或中央處理單元（CPU）的方法。 ），接受不同類型的編程。由ETH科學家開發(fā)的處理器基于經(jīng)修飾的CRISPR-Cas9系統(tǒng)，并且基本上可以以RNA分子（稱為指導RNA）的形式使用所需數(shù)量的輸入。

 差壓變送器的特殊變體構成了處理器的核心。響應由指導RNA序列遞送的輸入，CPU調(diào)節(jié)特定基因的表達，該基因又產(chǎn)生特定蛋白質(zhì)。通過這種方法，研究人員可以對人體細胞中的可擴展電路進行編程 - 如數(shù)字半加器，它們由兩個輸入和兩個輸出組成，并且可以添加兩個單位二進制數(shù)。

 強大的多核數(shù)據(jù)處理功能

 研究人員更進了一步：他們通過將兩個核心集成到一個小區(qū)中，創(chuàng)建了一個類似于數(shù)字世界的生物差壓變送器。為此，他們使用來自兩種不同細菌的CRISPR-Cas9成分。 對結(jié)果感到高興，他說：“我們創(chuàng)建了第一臺帶有多個核心處理器的計算機。”

 這種生物計算機不僅非常小，而且理論上可以擴展到任何可想到的大小。“想象一下?lián)碛袛?shù)十億個細胞的微組織，每個細胞都配備了自己的雙核心處理器。這種“計算機構”在理論上可以獲得遠遠超過數(shù)字超級計算機的計算能力 - 并且僅使用一小部分能量，“ 。  在診斷和治療中的應用

 細胞計算機可用于檢測體內(nèi)的生物信號，例如某些代謝產(chǎn)物或化學信使，處理它們并相應地響應它們。通過適當編程的CPU，細胞可以將兩種不同的生物標記物解釋為輸入信號。如果僅存在生物標志物A，則生物計算機通過形成診斷分子或藥物物質(zhì)來響應。如果生物計算機僅注冊生物標記B，則它觸發(fā)生成不同的物質(zhì)。如果兩種生物標志物都存在，則會引發(fā)第三種反應。這種系統(tǒng)可以在醫(yī)學中找到應用，例如在癌癥治療中。

 “我們還可以整合反饋，” 例如，如果生物標志物B在一定濃度下在體內(nèi)保留較長時間，則這可能表明癌癥正在轉(zhuǎn)移。然后，生物計算機將產(chǎn)生針對這些生長用于治療的化學物質(zhì)。

 多核處理器可能

 “這臺計算機可能聽起來像是一個非常革命性的想法，但事實并非如此，” 強調(diào)說。他繼續(xù)說道：“人體本身就是一臺大型計算機。自遠古以來，它的新陳代謝已經(jīng)吸收了數(shù)萬億細胞的計算能力。“這些細胞不斷從外界或其他細胞接收信息，處理信號并作出相應的反應 - 無論是通過發(fā)射化學信使還是觸發(fā)代謝過程。“與技術超級計算機相比，這臺差壓變送器只需要一片面包就可以獲得能量，”。

 他的下一個目標是將多核計算機結(jié)構集成到一個單元中。“這將比現(xiàn)有的雙核心結(jié)構擁有更多的計算能力，”他說。