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  忘掉智能手机吧,智能手臂不是更酷么?有朝一日,能够进行简单运算的人体细胞会被植入你的体内,作为生物计算机来为你诊断疾病、管理药物或是搭建生物电子界面等。

  瑞士联邦理工学院的马丁·富塞内格尔及其同事就朝这个梦想迈进了一大步。据《新科学家》网站6月6日报道,瑞士科研人员在两套胚胎肾细胞内,制成了两种关键的生物数字电路:半加器和半减器,它们能分别加上或减去两个二进制数。这是迄今为止制成的最复杂的生物电路,有望成为构建更先进电路的基石。相关研究报告发表在近期出版的《自然》杂志上。

  富塞内格尔表示,虽然此前就曾开发过能进行简单计算的生物电路,但其多数由DNA分子或是细菌制成,很难被植入人类体内。为了使生物电路与基因疗法或细胞疗法等治疗途径挂钩,就需要在哺乳动物的细胞内建立这种电路。

  普通电子计算机利用电子的存在或不存在代表1和0对信息进行编码,富塞内格尔等人则使用了细胞内自然生成的红霉素、抗生素和根皮素分子。它们能发挥输入的作用,在细胞内关闭或是开启相关反应。这一反应将导致红色或绿色荧光蛋白的生成,也标志着计算结果的产生。例如,在半加器所处的细胞内,两种分子同时存在将使其发出红光。这些反应的发生不会干扰细胞的一般功能,却允许它们在继续充当正常细胞的同时,也能“说”计算机的二进制语言。

  细胞计算机却比电子计算机更加灵活,因为负责输入的分子和负责输出的蛋白都可被其他生物信号所取代,而传统的计算机只能局限于电子一种信号。这意味着生物计算机能够将由感染中获取的信号设置为输入功能,在输出时则能提供一种适当的治疗方法。此外,红色和绿色荧光蛋白等视觉信号也能发挥类似的作用,在致病因子出现时,皮肤就会发出红光。

  植入人体内的细胞计算机甚至可与电子计算机直接进行交流,由于二者具有同样的逻辑,科学家希望电子计算机能和细胞更好地开展对话。事实上,研究团队已经进入了下一个阶段,其能够将决策性的逻辑编码进细胞,而不仅仅是生成一种反应。

  然而,英国曼彻斯特城市大学的马廷·阿莫斯表示,由于一个细胞的输出功能并不能作为另一个细胞的输入功能,这一新途径是否能扩展至更大的计算电路仍待考证。科研人员面临的下一步挑战是如何更好地设计这些设备,以便其内部能够进行良好沟通。(张巍巍)