超越ic的电子设计自动化:CIDAR实验室设计遗传电路的EDA程序

有没有想过改变你的DNA会是什么样子?CIDAR(设计自动化跨学科集成研究)实验室的研究人员正在集成EDA(电子设计自动化)和合成生物学，创造强大的工具来构建复杂的生物和电子系统。

道格拉斯Densmore他是CIDAR集团的主任，正试图将计算和实验领域结合起来，创造一些非凡的东西。普通的EDA程序为工程师设计集成电路提供了接口，而Densmore和他的团队则构建了允许研究人员编辑基因的工具。

这里看一下正在CIDAR实验室做的工作，以及如何一些遗传电路设计过程可能熟悉的电气工程师。

大提琴框架:设计遗传电路

CIDAR的另一个框架是CELLO，于2016年发布，它本质上是一种编程语言，允许用户设计生活在细胞中的计算电路。

人们希望在不久的将来，生物电路将取代集成电路的设计。类似于EDA程序，用户通过使用算法从Verilog中的HDL规范生成生物电路来指定生物系统的行为。这些代码片段被编译成一个由逻辑门组成的逻辑电路。

这些逻辑门的行为被描述为输出信号作为其输入信号的函数。然后，大提琴使用组合设计生成一个线性DNA序列，放入用户的约束文件。

一旦进入文件，就会运行仿真来预测用户电路设计的性能。下面显示了一个Verilog代码被解析并转换为真值表的示例。

a.a.k Nielsen等人，Science 352, aac7341(2016)。DOI: 10.1126 / science.aac7341

令人难以置信的是，大提琴将这种逻辑表示转化为满足使用者要求的抽象基因调控网络。这可以通过解析生物部件数据库Clotho来实现，我们将在接下来讨论这个问题。这些生物电路被用来检测各种各样的东西，如氧气、葡萄糖，甚至环境条件，如光、温度和酸度。

Densmore的团队还设计了另一个电路来分析和排序三个单独的输入，然后根据每个电路的优先级做出响应。目前，Densmore和他的团队已经为大肠杆菌建立了基因部分，但他们计划在不同的细菌链上进行扩展。

整个系统是非常可定制的，你可以检查它在这里。

Clotho CAD:存储生物数据

Densmore和他的团队与加州大学伯克利分校的安德森实验室合作开发克洛索，一个设计框架，用于工程合成生物系统和处理用于创建它们的数据。Clotho可以通过一个应用程序环境(是的，就像在智能手机上)，从生命的基本组成部分DNA开始创建生物系统。

在Clotho上创建的生物系统存储在麻省理工学院、加州大学伯克利分校或波士顿大学的关系数据库中。

然后，用户可以编写自定义应用程序，以两种不同的方式操作这些设计:通过他们正在创建的系统规范(例如，创建设计规则和参数)或使用物理组装规则。这两种方法都是为了制造合成DNA装置。

Densmore和他的团队将其创建为一个开源系统，希望创造一个类似生态系统的环境，让这些作品从彼此的应用设计中进化出来。其概念是Clotho可以作为构建、编辑和共享独特工具和应用程序的基础。鸽子Clotho是一种将基因电路的文本描述转化为图形表示的工具，它是Clotho如何用于开发真实世界和非常有用的应用程序的一个例子。发展。

Raven:优化基因组装

指定生物部分后通过尤金(CIDAR实验室的专用语言)和使用Clotho设计遗传电路，下一步是组装。

这部分过程由Raven解决，这是一种允许研究人员计划和优化DNA组装过程的工具。Raven与CIDAR实验室的其他项目一起工作，使研究人员能够将他们在Clotho上的工作变为现实。

Puppeteer是组装端的另一个程序，它使研究人员能够自动完成Raven设计的DNA组装任务。这可以包括为用于DNA组装的湿式实验室中的机器人准备脚本。Puppeteer还包含了一个任务管理元素。

这个装配规划部分类似于电路装配，考虑到资源、协议和可用的程序。

---

CIDAR实验室的工具套件使基因电路设计更容易为研究人员使用，类似于典型的CAD和EDA程序允许工程师设计电路。

你有基因电路设计的经验吗?请在下面的评论中分享你的经验。