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来源：asimov.io/blog
编译：Tom R
当我们静坐不动时，身体里数以万亿计的细胞正在进行复杂繁忙的生物化学计算，来维系你的生命。
想象一下：你曾经是一个细胞——一个受精卵。这是一个编码了遗传程序的细胞，它可以自动组装原子级精准的分子机器，通过细胞分裂来复制和分配遗传程序，组装多细胞结构转化成具有特化细胞类型，组织和器官的人体并随着时间不断发展。
现在你坐在了这里，读一下这行字：你的眼睛扫过这些文字，同时你的大脑进行解析。从草稿到宏图，你构建了你自己。这与我们设计的计算机和复杂的智能系统有着异曲同工之妙，只不过这里实现的基础是基于生物学的计算和控制，而我们掌握的则是基于对电子精确控制的电子电路系统。
研究者们从这样的思路出发，将生物系统的一系列生活活动视为一系列在分子层面上进行的高精度计算和分析行为，并基于生物体本身的特性正在创造一种基于生化基础的新型计算设备。
基于基因电路的生物计算
研究表明，生命体这种能够创造模式，执行特殊任务和适应不断变化的环境的卓越能力，来自于一种建立在复杂相互作用上的基因网络进行着复杂的计算，科学家们把这种基于生物本身的复杂生化过程视为基因电路，并基于此创造出复杂高效的新型计算机。基因电路在自然界中广泛存在。细菌跌跌撞撞的奔向食物，加利福尼亚红木森林枝杈生长伸向天空，人类免疫系统防卫癌症和感染，都是基因电路在进行调控。事实上，文明从生物学中获得的每一件东西-——食物，材料，药物——都是由自然界利用基因电路对生物化学进行精确的时空控制构建而成。
未来的生物科技看起来会像科幻小说：被设置了程序的智能治疗仪可以感知到人体的疾病，然后触发治疗机制。生物可以自愈并对外界环境做出反应。聪明的植物可以调整自身的生理状况去抵御极端严寒和干旱。为了让这些生物科技变为现实，我们需要能够设计基因电路。
从发现到设计
自然界的基因电路已经被研究了超过半个世纪了。1961年，法国科学家 François Jacob 和 Jacques Monod发表了里程碑式的文章，描述了大肠杆菌中感应和进食乳糖的基因。他们描述的这种代谢基因如何被调控的模型（被称为lac乳糖操纵子模型），是基因电路中的第一个模型。
lac乳糖操纵子基因电路。根据环境中存在的葡萄糖和乳糖水平，大肠杆菌调控参与乳糖代谢的基因的表达。(Wikimedia Commons)
几个月之后，他们预测类似的调控过程可以解释多细胞生物,例如人类的细胞分化。他们写到，“从这些机制的分析中显而易见，已知的元件会连接成各种各样的‘电路’，达到期望的稳定性” 。因为这项工作，在1965年，他们和 André Lwoff一同被授予诺贝尔生理学和医学奖。
1971年François Jacob （前面） and Jacques Monod (后面)在巴斯德所的实验室。(HO/法新社)
自这项意义深远的发现开始，科学家们进一步阐明了各种各样的生物系统完成生命活动的方式 -——从常规活动到特殊工程。 Mark Ptashne 的描述自然界基因电路的《基因转换》（“A Genetic Switch”)这本书，描述了细菌病毒λ噬菌体如何调控其生命周期的。噬菌体控制生物计算的分子机制是广泛而多样的，对自然届基因电路进行逆向工程是一个研究的越来越多的领域。有了从自然界获得的知识，生物工程师开始从头设计合成基因电路。2000年在《自然》背靠背发表的文章被认为是这个领域里的第一个例子（基因震荡和开关切换）。
在2016年Alec A. K. Nielsen等人在science发表了名为Genetic circuit designautomation的文章，在结合了电子电路和计算机技术的基础上，提出了一种可以为活细胞进行编程的硬件描述语言，基于这种编程语言可以描述期望设计的基因电路功能，以及相应的传感器和致动器。
