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| 数字化并非处处适用 |
随着录音带和电视天线让位给了MP3和暴风影音，世界上的数字信息越来越多，而模拟信息越来越少，电学工程师们也逐渐转变了原有的思维方式。在模拟世界中，他们考虑最多的是数量，比如电压；而现在，他们更习惯于用数字逻辑来思考，用二进制电位0和1来设计电路。但在合成生物学中，这种思路却遇到了极大障碍。
自从人类基因组计划完成以后，合成生物学和系统生物学迅速发展。这两个领域都是以某种方式，在细胞中通过一系列的化学反应产生所需要的蛋白质。这很像电路，所以研究人员也习惯于按二进制的思路来分析这些反应：如果一种化学反应出现，那么有这种结果；如果该化学反应不出现，那么有另一种结果。
基本上，一个晶体管就是一个转换器：打开通电，关闭断电。在计算机芯片中，这种状态用1和0来表示。但在从断电到通电的过渡中，晶体管会经历这二者之间的状态：轻微导电、适度导电、完全导电，就像一辆汽车从零加速到60英里/小时，速度是逐渐提升的。而计算机芯片上的晶体管是执行双逻辑操作的，在设计上基本探测不到这种过渡。但这些过渡状态，正是合成生物学中最需要的，也是研究人员致力于探索的。
美国麻省理工学院电子学研究实验室（RLE）电学工程副教授拉霍尔-沙波斯卡认为这是一种错误的方式：“细胞中的信号并非1和0，这种过度简化的抽象形式是对细胞功能的初级近似模仿，是错误的。”
沙波斯卡解释说：“比如制造胰岛素的胰腺细胞，当葡萄糖增加时，它会制造更多的胰岛素。但细胞不是继电器式的控制，只要葡萄糖增加，它就会制造更多胰岛素，当葡萄糖下降一点时，它制造的胰岛素也会少一点，这是逐渐增减的，不是一个逻辑门。”
模拟电路可精确反映细胞内部过程
如果把细胞合成胰岛素的过程制成一种模拟设备，一个晶体管的导电性就有了无限可能，也就能以任何种浓度来模拟细胞中产生的化合物。如果做成二进制开关，一个晶体管只有两种可能状态，要模拟大范围的各种浓度，就需要大量的晶体管。对于一个大的电路而言，要模拟细胞内的一系列反应，二进制逻辑会迅速变得太复杂而无法控制，用模拟线路就能很好地解决这个问题。而且，模拟电路还能用于同类型的物理现象，让细胞机器从一开始就效率大增。
为了验证模拟电路的效率，沙波斯卡和同事专门设计了生物实验，以检测在细胞内部两种不同蛋白质浓度逐渐递增的效果。在实验中，他们用模拟电路制作了这两个过程，两种蛋白质以不同的方式刺激细胞开始产生其他的蛋白质：其中一种和一串DNA（脱氧核糖核酸）结合，让细胞增加了某种特殊蛋白质的产量；而另一种使某种灭活剂蛋白失去了活性，从而抑制了一种蛋白质的产量。这两个过程每个只要8个晶体管，而且电路彼此形成了镜像，代表了直接激活蛋白质生产和灭活一种灭活剂之间的差异。最终，线路极其精确地模拟了基因和蛋白质之间的相互作用。
去年11月，沙波斯卡和同事在圣地亚哥召开的生物医学线路与系统大会上，介绍了他们的这两种模拟电路。他们认为，这代表了电子生物系统模拟的方向，不仅构建起来更加简单精确，而且运行效率更高，为分析和设计控制细胞行为的生物医学过程提出了一个全新框架。
加利福尼亚大学圣地亚哥分校生物工程与生物学教授格特-凯文伯格说：“用一个晶体管来执行一个完整化学反应，这种想法是极大的进步。如果在数字计算机上来执行，要好几行代码，这需要上百万的晶体管。生物系统有着极大的变化性，能适应这种变化的正是模拟线路。”
但对生物学家而言，一种模拟式基因线路模型必须比他们实验中所设计的更加灵活。凯文伯格还指出，要构建这样一种模型，需要生物学家和电学工程师密切配合，才能在记录细胞中的化学产物浓度时，精确到像电学工程师那样。