活细胞都能对他们所遇到的环境信号执行复杂计算。
 
这些计算可以是连续的或模拟，在自然 — — 方式眼睛适应光线水平逐渐变化。它们也可以是数字，涉及简单的打开或关闭进程，如单元格的开始它自己的死亡。
 
与此相反的是，合成的生物系统，往往把重点放在模拟或数字处理，限制，他们可以使用的应用程序范围。
 
但现在在麻省理工学院的研究人员团队已技术，集成模拟和数字计算在活细胞，使他们形成基因电路能进行复杂的处理操作。
 
合成电路，提出了一种在自然通讯 》 杂志上发表的论文是模拟的能够测量的输入方式，如某一化学品有关的一种疾病，并且决定是否水平是模拟的要打开的输出，如药物治疗这种疾病的正确范围内级别。
 
以这种方式，它们就像电子设备称为比较器，带模拟输入的信号并将其转换成数字量输出，根据副教授电气工程和计算机科学、 生物工程和麻省理工学院的研究实验室的电子合成生物学集团的负责人蒂莫西 • 路谁领导这项研究除了前微生物学博士研究生雅各布 • 鲁本斯"。大部分在合成生物学工作一直致力于数字的方法，因为 [数字系统] 更易于编程，"卢说。
 
然而，由于数字系统基于一个简单的二进制输出，如 0 或 1，执行复杂的计算操作需要大量的部件，这是难以实现合成生物系统中使用。
 
"数字基本上是计算的方法中，你得到情报非常简单的部分，因为每个部分只是很简单的事情，但当你把它们全部在一起你得到的东西，很聪明，"卢说。"但这要求你要能够把这些部件的很多人在一起，和挑战在生物学中，至少目前，是你不能组装集成上亿个晶体管像你可以在一块硅，"他说。
 
研究人员已经研制的混合的信号装置基于多个元素。阈值模块组成的传感器，可检测特定的化学物质的模拟级别。
 
此阈值模块控制第二个组件，反过来可以通过反转，从而将其转换为数字量输出切换或关闭基因的 DNA 片段重组酶基因的表达。
 
如果这种化学物质的浓度达到一定水平，阈值模块表示重组酶基因，使其翻转 DNA 片段。这个 DNA 片段本身包含的基因调控元件，然后改变表达的期望的输出。所以这是我们的带模拟输入方式，如浓度的一种化学物质，将它变成 0 或 1 信号转换，"路说。"一旦这样做了，和你有一段 dna 片段，可以颠倒翻转，然后你可以往放在一起任何这些东西的 DNA 来执行数字计算，"他说。
 
该团队已构建了实现三值逻辑，装置，将只打开响应输入，或高或低浓度范围内，这是能够产生两个不同的输出模拟到数字转换器电路。
 
在将来，该电路可用于检测血液中的血糖水平和响应在不同浓度的三种方式之一，他说。
 
"是否血糖水平是太高，你可能希望你的细胞能产生胰岛素，血糖太低，你可能希望它们使胰高血糖素，如果，如果这是在中间你不想让他们做什么，"他说。
 
类似的模拟到数字转换器电路也可用于检测各种化学药品，仅仅通过改变传感器，路说。
 
研究人员现正调查使用的模拟到数字转换器检测中肠道炎症性肠病，例如和释放不同数量的药物反应引起的炎症水平的想法。
 
在癌症治疗中使用的免疫细胞可以也被人工检测不同环境的投入，如氧或肿瘤裂解水平，并会在响应其治疗活性发生变化。
 
卢说，其他研究小组也感兴趣对于环境的应用程序，如检测水污染物浓度的工程细胞使用的设备。
 
该研究小组最近创建的校办企业，称为 Synlogic，现在试图利用电路的简单版本，工程师可以治疗疾病，在肠道内的益生菌。
 
该公司希望在未来 12 个月内开始这些基于细菌的治疗临床试验。