基于從數(shù)字世界借來的模型通過基因開關(guān)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(shù)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(shù)學家已經(jīng)嘗試在細胞中的蛋白質(zhì)基因開關(guān)的幫助下構(gòu)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(fù)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(lǐng)導(dǎo)的研究小組現(xiàn)在已經(jīng)找到了一種利用生物組件構(gòu)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(dǎo)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(gòu)成了處理器的核心。響應(yīng)由指導(dǎo)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(gòu)”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(yīng)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(yīng)地響應(yīng)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(yīng)。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(yīng)。這種系統(tǒng)可以在醫(yī)學中找到應(yīng)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(yīng)的反應(yīng) - 無論是通過發(fā)射化學信使還是觸發(fā)代謝過程。“與技術(shù)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(gòu)集成到一個單元中。“這將比現(xiàn)有的雙核心結(jié)構(gòu)擁有更多的計算能力，”他說。