在合成生物学领域，逻辑和基因等基础元件的发展使得电路的设计变得越来越复杂，包括解决数学问题、建造自主机器人和玩互动游戏的能力。乔治亚理工学院的一个研究小组正在利用他们所学的生物电路知识为未来的可编程医学打下基础。

这些可编程药物将与我们的生物系统直接相连，对流经我们身体的信息进行动态响应，以在需要的时间和地点自动提供适当的剂量。这些未来的药物甚至可能终生存在于我们体内，与病毒，癌症和其他疾病作斗争，从根本上成为我们自身的治疗性生物学的延伸。

我们要向达到这种地步还需要很多年的研究，但是通过Gabe Kwong实验室的研究获得的见解使我们与“酶计算机”的发展相距更近。“酶计算机”是用生物成分设计的生物电路，具有扩展和增强生活功能的能力。

“长期的愿景是可编程免疫的概念，”佐治亚理工大学和埃默里大学华莱士·H·库尔特生物医学工程系副教授professor光说，他与研究员布兰登·霍尔特（Brandon Holt）合作发表了论文“蛋白酶电路”。用于加工生物信息“，在杂志上发表10月6日自然传播。这项研究是由美国国立卫生研究院赞助的。

霍尔特说，这项研究开始于两年前，当时“我们的实验室在开发基于酶的诊断方法方面拥有丰富的经验；最终，我们开始将这些系统视为计算机，这促使我们设计了简单的逻辑。我们意识到我们还可以构建其他设备，例如比较器和模数转换器。最终，这导致了采用模数转换器并将其数字化细菌活性的想法。”

最终，他们组装了可以与细菌感染的血液结合的无细胞生物电路，“其基本思想是可以量化细菌感染（细菌数量），然后基本上实时地计算并释放选择性药物剂量”，霍尔特博士说。

研究人员试图构建了一种利用蛋白酶活性在数字或模拟框架下处理生物信息的生物电路（蛋白酶是将蛋白质分解为较小的多肽和氨基酸的酶）。该团队使用仅由生物材料制成的微型设备构建了其模数转换器，该设备将细菌中的信号改变为一和零。然后，电路使用这些数字来选择杀死细菌而不会过量的所需药物的适当剂量。

这是传统方法-生物电路将分子信号数字化，从而允许通过布尔逻辑执行操作。团队新论文的第二部分采用了更加细致入微的方法，重点是模拟电路而不是数字电路。Holt说：“我们将蛋白酶活性视为多值信号，介于1到0之间。”

这种多值方法引导了另一个方向的研究，并最终带来了模拟生物电路的大图。

他补充说：“我们被这种模糊的逻辑思想所吸引，您可以在其中思考，如果信号介于零和一之间会发生什么。” “这更像是一个模拟电路。我们真的受到这个概念的启发，因此我们决定使用与以前相同的基本材料（蛋白酶和肽）来构建模拟生物电路。而且我们能够解决数学上的预言题，即“学习噪声与奇偶性”。

利用模拟框架处理来自生物分子环境的信息的能力至关重要。

他说：“模糊逻辑很有趣，因为生物学不会以零和一来思考。” 生物学是一种光谱。因此，如果您考虑酶活性，那么它就不会永远停滞不前。它处于打开状态，活动范围可以在零到一之间。因此，长期目标是认识到生物学并不像数字电子电路那么简单。实际上，您需要一些能力来处理模拟信号。”

这项工作是由美国国立卫生研究院（NIH）主任的新发明家奖（授予DP2HD091793）和美国国家科学研究院（NCI）的R01（GR10003709）资助的。本材料中表达的任何观点，发现，结论或建议均为作者的观点，不一定反映NIH的观点。

Gabe Kwong是Glympse Bio的联合创始人兼顾问，该公司正在开发与本文所述研究相关的产品。这项研究可能会影响他的个人财务状况。这项安排的条款已经由佐治亚理工学院根据其利益冲突政策进行了审查和批准。Holt和Kwong在与论文结果有关的专利申请中被列为发明人。专利申请人是佐治亚技术研究公司。申请24号是PCT / US19 / 051833。该专利当前正在申请/公开中（公开号WO 25 2020/061257）。该专利涵盖了生物模拟-数字转换器和模拟蛋白酶电路。