大阪大学领导的日本科学家构建了称为“基因纳米芯片”的集成基因逻辑芯片。
 
基因表达是生命的基础，每个细胞打开和关闭特定基因。因此，可以控制开关切换的自主设备在医疗护理中具有很大价值。
 
合成遗传回路是控制基因表达和编程细胞以执行所需功能的技术。因此，增加遗传电路的复杂性将使我们能够更准确地控制细胞命运。
 
然而，遗传电路的复杂性仍然很低。这是因为，在常规的反应扩散系统中，酶和底物是分开提供的，并且酶与底物的非特异性结合导致不同电路之间的无意的串扰。
 
大阪大学主导的研究人员与东京大学，京都大学和早稻田大学的联合研究项目构建了称为“基因纳米芯片”的集成基因逻辑芯片。利用纳米芯片上的集成因子，这些独立的纳米芯片可以在单个芯片内打开和关闭基因，防止意外的串扰。
研究人员展示了纳米芯片在人工细胞中的自主反应：环境感知，信息计算和单芯片级产品输出。他们的研究成果发表在Nature Nanotechnology上。
 
DNA纳米技术是一种用于构建定制结构和控制精确分子布局的通用方法。研究人员使用矩形片（90纳米宽，60纳米深，2纳米高）和集成酶，RNA聚合酶（RNAP，一种从DNA模板合成RNA的酶）和多种靶基因底物。
 
DNA纳米技术的纳米布局能力使研究人员能够通过改变酶与靶基因之间的分子间距离来合理设计基因表达水平，从而影响碰撞效率和随后的反应。
 
研究人员进一步整合了传感理想情况下，能够检测任何类型信号的传感器应该具有最小的设计限制。然而，传统方法受到若干限制（例如，材料）。这是因为，在传统的遗传回路中，传感器是酶底物的一部分。
 
相反，在该研究中，传感器部分独立于酶促反应。因此，研究人员可以使用任何改变信号识别的有效分子间距离的传感器材料，允许构建响应不同信号（微小RNA，化合物，蛋白质和光）的各种传感器。此外，通过组合和整合响应不同信号的传感器，研究人员成功地对遗传电路进行了光重编程。
 
最后，纳米芯片允许研究人员简化遗传电路的构建，该遗传电路响应人工细胞，油包水滴，并且他们可以通过简单地混合正交芯片来计算其miRNA谱，从而扩展其功率。
 
通讯作者Hisashi Tadakuma说：“转录反应所需的所有因子都在这种集成的纳米芯片上，因此环境传感，信息计算和产品输出可以在单芯片级完成。在不久的将来，自主式纳米芯片将在通过在空间和时间上控制基因表达来维持细胞处于健康状态，这将体现‘预防是最佳治疗’ 的理想。”