RNA是细胞的翻译官：像电话游戏一样，RNA将DNA的遗传密码转译为核糖体的细胞工厂。在那里，细胞基于RNA的信息产生蛋白质。

但RNA不仅仅是一个中间人。它控制蛋白质形成。因为蛋白质围绕细胞完成各种重要过程，您可以说RNA是网关：没有RNA信号，就没有蛋白质，就没有生命。

在Nature发表的一项新研究中，RNA终于成为中心。通过向大肠杆菌细菌添加一些遗传物质，Wyss研究所的一群生物劫机者劫持了有机体的RNA信使，使其只有在某些特定刺激之后才能起作用。

结果诞生了一种能够执行12个字符输入的逻辑运算细菌——生物计算机，AND，OR和NOT-following特定输入。这些生物电路不是输出0s和1s而是基于蛋白质和其他分子的存在或不存在而产生结果。

亚利桑那州立大学亚历山大·格林博士说： “这是一个电池能够处理的电路中最多输入。能够分析这些信号并作出决定是这里的重大进展。”

当给定一组特定的刺激时，细菌会吐出一种在荧光灯下使其发出霓虹绿色的蛋白质。但是，合成生物学不仅仅是一个小伎俩，而是修饰细胞的RNA谱，科学家们有时会“哄”他们光合作用，生产昂贵的药物，或者诊断和追捕流氓肿瘤细胞。

生物软件

这不是科学家第一次劫持生命的算法，将细胞重新编程成纳米计算系统。以前的工作已经向全世界引入酵母细胞，这些酵母细胞可以从能够执行布尔逻辑的糖或哺乳动物细胞产生抗疟疾药物。

然而，具有多个输入和输出的电路仍然难以编程。原因是这样的：合成生物学家传统上专注于剪切，融合或以其他方式安排细胞的DNA，来产生他们想要的结果。

但DNA是从蛋白质中去除的两个步骤，修补生命代码通常会导致意想不到的后果。一方面，细胞甚至可能不接受并产生额外的DNA代码。另一方面，添加的代码在转化为蛋白质时，可能不会在细胞拥挤和不断变化的环境中相应地起作用。

更重要的是，修改一个基因通常不足以编写一个全新的电路。科学家通常需要放大或关闭由数十或数百个基因组成的多个基因或多个生物“模块”的活动。

让每一个移动组件同步工作，就像你可能猜到的那样——是一个让人头痛的方式。

通过“核电计算”，Green和同事们开始解决合成生物学中的一个主要问题：可预测性。以“RNA”为名的“R（ribo）”命名，该方法源自于2012年。

格林当时写道：“迄今为止的合成生物电路严重依赖蛋白质调节剂难以扩大规模。” 他解释说，我们只有少量的“可设计部件”运行良好，这些电路需要大量资源进行编码和操作。相比之下，RNA更可预测。像其更著名的同胞DNA一样，RNA由四种不同口味的单元组成：A，G，C和U.虽然RNA只是单链的，而不是已知DNA的双螺旋，以非常可预测的方式结合短DNA样序列：Gs始终与Cs一致，并始终与我们一起使用。

由于这种可预测性，可以设计完美结合在一起的RNA组分。换句话说，它减少了在不知情的单元格中添加的RNA位的机会。

通常，一旦RNA产生，它立即冲向核糖体——细胞的蛋白质构建工厂。认为它是一个不断的“开”系统。

然而，格林和他的团队发现了一个聪明的机制来减缓他们的速度。被称为“toehold开关”，它的工作原理如下：人造RNA组件首先被并入A，G，C和U链，折叠成一个回形针状结构。这阻止RNA进入核糖体。因为一条RNA链通常映射到一个蛋白质，所以交换机防止蛋白质被制造出来。

以这种方式，默认情况下，开关设置为“关闭” ——布尔逻辑中的“NOT”门。

要激活开关，细胞需要另一个组件：“触发RNA”，其结合RNA toehold开关。这个翻转了：RNA抓住核糖体和bam蛋白。

BioLogic门

将几个RNA开关串在一起，每个依赖于之前的活动，并形成一个“和”门。或者，如果每个开关的活动是独立的，那就是一个“或”门。

“开关执行得如此之好，以至于我们想找到一种方法来最佳地利用它们进行蜂窝应用，” 格林说。“他们相当于您的第一个晶体管”。

一旦团队优化了不同逻辑门的设计，他们将开关精心地凝结成“门RNA”分子。这些门RNA包含蛋白质的代码和启动过程所需的逻辑操作——可以说是分子逻辑电路。

如果您曾经玩过Arduino控制的电路，您可能知道测试其功能的最简单的方法是使用灯泡。该团队就是这么做的，虽然有一个生物灯泡——绿色荧光蛋白，通常不存在于细菌中的光敏蛋白——当打开时，使微泡发出霓虹绿色。

在一系列实验中，Green和他的团队将门RNA遗传插入细菌。然后，根据逻辑功能的类型，它们添加了触发RNA的不同组合——输入。当输入RNA与其相应的门RNA匹配时，它在开关上翻转，导致细胞点亮。

他们最复杂的电路包含五个AND门，五个OR门和两个NOT——一个12输入的ribocomputer，其功能与设计完全一致。RNA研究员西西大学的Julies Lucks博士说： “一切都与其他一切互动，有一百万种方式，这些互动可以让事故的转变。

因为RNA可以预期地结合到其他人，所以现在我们可以设计大量的栅极和触发单元库来将所有类型的纳米生物计算机进行混合和匹配。

RNA BioNanobots

虽然该技术没有任何即时的应用，但希望很大。

我们第一次可以大规模扩展，将新电路编程到活细胞中的过程。扩大了可用于重新编程生活基本代码的可用生物成分库。

此外，当冻结在一张纸上时，RNA保持非常好。以后可能会将RNA打印到纸张上，以响应病毒或肿瘤细胞，基本上将技术转化为高度准确的诊断平台。

但是，格林的希望对于他的基于RNA的电路来说更是如此。“因为我们使用了RNA，生物的普遍分子，我们知道这些相互作用也可以在其它细胞起作用，所以我们的方法提供了可移植到其他生物体的通用策略，”他说。

最终，希望将类似神经网络的能力编程到身体的其他细胞中。想象一下，细胞具有能够执行大脑计算类型的电路。

也许有一天，合成生物学会将我们自己的细胞转化为完全可编程的实体，将我们全部变成从内部的生物机器人。这多么疯狂！