撰文 埃里卡·切克·海登（Erika Check Hayden）
翻译 张 雪
审校 刘志敏
近期，合成生物学家成功创建了一款能够自动为活细胞设计DNA回路的软件。
主导该项工作的麻省理工学院合成生物学家克里斯多夫·沃伊特（Christopher Voigt）表示，创建这款软件是为了帮助并非专业生物学家的其他研究者们快速设计有效的生物系统。“这是我们第一次为细胞真正创建了一种编程语言。”他说。
在使用这款叫做Cello的软件时，用户首先要明确所使用的细胞种类及实验目的，比如说感知消化道的代谢条件并生产对应的药物。软件采用电气工程师们通常用来设计硅电路的Verilog编程语言，通过输入指令来解释输入端和输出端之间的逻辑关系。最后，Cello就能将这些信息进行翻译并设计出一条DNA序列，将这段DNA转入细胞中，DNA就能按要求执行命令。
沃伊特表示，他的科研团队正在编写一个用户界面，这样生物学家们只用编写一个程序就能获得不同物种所对应的不同DNA序列。任何人都可通过网页端或从在线资料库GitHub下载开源代码来使用Cello。
“这篇论文解决了自动化设计、构建并在活细胞中测试逻辑电路的难题。”华盛顿大学生物工程学家赫伯特·绍罗（Herbert Sauro）如此评论道，他并未参与这项工作。该项研究发表在《科学》（Science）期刊上。
沃伊特表示，为了创建Cello软件，科学家花了十年的时间。他说，最大的困难不是编写程序本身，而是要让细胞中各个生物学部分（就好比电子电路中的逻辑门）共同可靠地工作，实现Verilog语言编程到DNA回路中的功能。比如说，研究团队不得不开发出带有“绝缘性”的遗传组分，以确保无论DNA片段插入到哪里，所有的生物组分都能正常运转。
沃伊特表示，如何设计复杂而可靠的生物计算系统是合成生物学的核心问题。研究人员发现，DNA中的“电子开关”和“晶体管”能够在简单情形中运作，但一旦组合成更复杂的回路，它们就常常失败。幸好，廉价的基因合成技术和快速、便宜的基因测序技术（可以用来检查DNA的错误位点）帮助研究获得了巨大的进展。
“我们逐渐发现，生物学并不是一门神秘莫测的学科，之所以它给我们留下这样的印象，是因为我们还没有找到合适的工具来探究生物体内发生的一切。”沃伊特说道。
沃伊特及其研究团队测试了Cello软件设计的60种生物回路，其中的45种在首次测试中就可以正确运行。他估测，用Cello软件来设计60个生物电路大约需要一周的时间，与之相比，就拿一篇2012年发表的论文来说，仅仅设计并验证一条成功的生物回路，就需要花费一名博士后三年的时间。
加州大学伯克利分校的合成生物学家，未参与这项研究的亚当·阿金（Adam Arkin）表示，合成生物学这门学科在创建时的目标就是利用工程学原理来实现新型生物电路的设计，而Cello的出现则标志着实现这一目标的路上迈出的一大步。
“合成生物学的原生理念就是为新型生物学功能的运转搭建基础平台，使它们更加高效、可测、透明、安全。利用如此强大的编程工具和生物试剂来实现这个目标，没有比见证这一过程更美妙的事了。”阿金如此说道。
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