我們曾經想過擁有一個比天生器官更勤力工作的“超級器官”嗎?比如“超級肝臟”等。插入人體干細胞內的合成DNA電路或許很快能讓我們以前所未有的精度和速度打造出一個新器官。這一合成電路可以在計算機上設計并使用從網上訂購的零件組裝而成。科學家們表示，這一技術能讓我們方便快捷地制造出供移植的身體器官，而且，這些器官在移植進入人體時也不會發生排異反應。

另外，這一技術也讓我們滿懷憧憬：或許某一天，我們也能借助這一技術對我們天生擁有的器官進行升級換代。英國倫敦大學學院的再生醫學教授克里斯·梅森表示：“未來，我們希望能增強細胞的功能，得到‘超級器官’。”美國麻省理工學院的合成生物學家帕特里克·古冶領導的研究團隊也在對這一新方法進行精耕細作。近日《新科學家》網站對此進行了報道。

人造DNA電路控制細胞發育

除了精子和卵子細胞，我們所有的細胞都包含有完全一樣的遺傳指令。這些細胞最終會發育成不同類型的細胞是因為“表觀遺傳”開關打開和關閉基因。科學家們表示，通過對這一機制進行操控，我們可以讓成人細胞“倒帶”，讓其回到類似于胚胎的狀態并使它們發育成身體的不同組織。為了將誘導多能干細胞(iPS)變成特定類型的身體器官，科學家們一般將其放入DNA和信號分子組成的“湯”中。這些DNA和信號分子會進入細胞內并對某些“表觀遺傳”開關進行操控。打開或者關閉什么基因取決于“湯”中的成分。梅森表示：“問題在于，有成千上萬個這樣的開關，而且，每個開關都需要正確的設置方式。”

另一個“攔路虎”是：“湯”中的所有細胞受到的影響都一樣，因此，會發育成同類型的身體組織。不過，一塊肝臟組織同一塊起作用的肝臟并不一樣。古冶表示，對諸如心臟這樣復雜的身體組織來說，這一點更加明顯。因此，更有用的一種辦法將是一套每個干細胞在其發育過程中都能遵守的指令指南。古冶團隊的方法正是基于這一點。他們通過查看神經細胞和肝臟細胞在整個自然的胚胎發育過程中會發生什么情況(哪個基因被打開以及什么時候被打開)開始了他們的研究，接著，他們設計并制造出了人造DNA控制電路以便在iPS細胞中復制這一開關過程。

他們使用標準的DNA零件(比如為不同的蛋白質編碼的序列—這些序列可以從網上獲得)和新合成的遺傳物質的組合制造出了這樣的電路，然后，他們使用化學方法將這些電路插入數以千計的iPS細胞內。古冶表示：“你將其組裝成一個大的邏輯電路，然后放入細胞內，它會與自然細胞相互作用。我們并沒有替換任何事物，我們只是在表面放置了一個控制層。”一旦這些電路進入細胞內部，它們就開始起作用。古冶說：“我們的核心理念是：電路的自動化程度很高。”它能夠檢測活動(諸如細胞內的遺傳表達的情況)并做出反應。例如，當電路探測到一個iPS細胞已變成一個前體細胞時，它會啟動下一步的發育過程。