萊斯大學的科學家們首次構建了一個由不同細胞組成的遺傳學回路，使其彼此協作共同控制特定蛋白的表達。這一突破性成果發表在八月二十八日的Science雜志上。

研究人員希望通過控制細菌之間的交流，改變整個生物學系統。他們建立了與計算機回路相當的生物學回路，該回路能夠做出群體水平上的應答。這一成果將有助于改造人類的腸道微生物組。

我們腸道里有許多不同種類的細菌，萊斯大學的合成生物學家Matthew Bennett說，“它們形成了一個很大的群落。基因工程菌進入腸道之后也會成為這個群落的一部分，彼此協作將能使其發揮更大的作用。”

為了驗證這一點，Bennett等人設計了兩種基因工程菌，通過調控細胞間信號傳導所必需的蛋白，促使這兩種細菌彼此協作。

改造細胞讓其生產特定蛋白，這種基因工程技術已經相當成熟了。“過去人們主要是在改造單細胞，”Bennett說。“現在我們正向多細胞系統進軍。我們想讓細胞協調自己的行為，表現出群體水平上的應答，就像我們體內的天然過程一樣。”

Bennett和同事在這方面獲得了成功。他們構建了兩種不同的大腸桿菌群體，并將其混合在一起結成聯盟。這兩種細菌承擔了不同的工作，一種作為激活者（目標基因表達上調），一種作為抑制者（目標基因表達下調）。它們能在群體中建立基因轉錄的振蕩，形成有規律的峰值和谷值。

研究顯示，細菌群落中形成了相互關聯的正、負反饋回路，控制目的蛋白的表達。當細菌分開培養的時候，蛋白表達的震蕩就會消失。

研究人員指出，這項工作可以幫助人們理解細胞之間的交流，對于疾病治療很有意義。“我們體內有很多不同類型的細胞，從皮膚細胞、肝細胞到胰腺細胞。這些細胞的行為彼此協調，以確保正常的身體機能，”Bennett指出。“它們往往通過小信號分子，來影響合作搭檔的行為。”

“我們將這一原則應用到單細胞生物中，成功建立了多細胞系統。”未來，人們也許會吃下這樣的生物學計算機，然后通過膳食對其進行編程。“舉例來說，可以用基因工程菌制作一種酸奶。患者吃下之后，醫生可以通過膳食分子啟動或關閉這些細菌，進而在腸道內做出改變，”Bennett說。