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在一些實驗室中，生物學和計算機科學正在融合。一方面，計算機科學家正在努力建立受大腦電路啟發的計算機晶片，另一方面，一些合成生物學家則致力於在活細胞內建立生物計算機。科學家和工程師們長期以來在計算機內部看到了生物學，在生物學內部看到了計算機，而兩者之間奇異而美妙的融合、混合和重疊只會變得更加明顯。
一篇非常酷的最新論文宣佈構建了半機械人酵母：這些細胞包含工程化的遺傳通路，可以透過來自計算機的外部訊號進行控制。研究人員利用了植物中的兩種蛋白質，它們控制植物在不同波長的光下的行為方式——在紅光下，兩種蛋白質相互結合並開啟一個基因，在近紅外光下，蛋白質分離，基因關閉。可以使用這些蛋白質對酵母進行工程改造，從而可以透過光控制黃色熒光蛋白的表達。
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反饋
工程系統和活細胞的控制方式都取決於反饋環。正反饋放大訊號，就像麥克風拾取揚聲器發出的聲音一樣，然後聲音返回到揚聲器，並以尖銳的惡性迴圈繼續下去。
正反饋放大訊號，而負反饋則透過輸出與輸入訊號相反的訊號來穩定訊號。恆溫器是一種負反饋裝置；當溫度高於設定點時，恆溫器會降低熱量，當溫度過低時，恆溫器會升高熱量。自古代以來，負反饋裝置就已在工程中使用，但直到詹姆斯·克拉克·麥克斯韋在1868年發表的論文《論調速器》中才在理論上形式化。調速器是蒸汽機的一部分，確保發動機的速度保持恆定。當發動機加速時，調速器的主軸移動得更快，離心力將金屬球向上推，拉動一個槓桿，該槓桿會降低發動機油門。當發動機減速時，球會回落，油門開啟。
在20世紀40年代，從事電氣工程、控制理論、通訊理論和神經科學研究的研究人員開始在工程和生物學中看到無處不在的反饋環。一個新的領域誕生了，它將生物學和工程學結合在一起，透過工程正規化解釋生物學，並透過生物系統的控制方式影響工程設計。在控制論：或動物和機器中的控制與通訊中，諾伯特·維納討論了命名這個新領域
就像科學家經常發生的那樣，我們不得不創造至少一個人工的希臘語新詞來填補空白。我們已決定將整個機器或動物的控制和通訊理論領域稱為控制論，該詞源自希臘語 κυβερνήτης 或舵手。選擇此術語時，我們希望承認…克拉克·麥克斯韋…並且調速器源自 κυβερνήτης 的拉丁語訛變。
反饋在生物學中無處不在，從神經迴路到激素通路，再到基因表達環，維持體內平衡或放大控制胚胎髮育等訊號。當試圖在第二次世界大戰期間建立擊落飛機的系統時，諾伯特·維納開始看到控制理論和生物學之間的聯絡。反饋對於不斷計算系統與飛機之間的距離並進行相應的調整是必要的。正如科學中經常發生的那樣，關鍵的認識來自理解反饋環如何失敗；當訊號輸入和負反饋環輸出之間存在延遲時，輸出可能會超出期望的目標，並使系統進入不受控制的振盪，因為反饋環不斷嘗試穩定系統並從上方和下方超出目標。維納想知道引導防空導彈的反饋環是否與引導大腦感知身體位置並進行調整的反饋環有任何相似之處。與一位神經科醫生交談時，他了解到在小腦受到某些損傷後會發生類似的情況，患者在試圖觸及某些東西時會超出目標並進入稱為目的震顫的振盪。告訴大腦手離物體有多遠的反饋環沒有足夠快地獲得訊號來穩定手的運動，從而引發振盪。最近，這些型別的振盪已出現在負反饋遺傳回路中，其中基因會自行關閉。當基因被啟用和蛋白質產生之間存在延遲時，基因的活動將以取決於延遲長度的週期進行振盪。
維納的《控制論》中一個引人入勝的部分討論瞭如何透過連線多個“白盒”（內部工作原理預定義的簡單系統）來合成“黑盒”（我們知道輸入和輸出但不知道內部處理的系統）。雖然我不理解維納的盒子所涉及的所有電氣工程方程，但我認為這對於合成生物學來說是一個非常有趣的隱喻。合成生物學家試圖透過組合具有良好特徵的功能的遺傳部分的“白盒”來設計和構建生物功能，即細胞的“黑盒”。負反饋環可以產生開關和振盪器，而正反饋環可以放大訊號以幫助細胞記住。
半機械人酵母
設計一個可以使蛋白質產生保持恆定的生物負反饋環是可能的，但非常具有挑戰性，因為即使是研究得最好的生物“白盒”也可能以神秘的方式與細胞的其餘部分相互作用。蘇黎世聯邦理工學院的穆斯塔法·哈馬什和約翰·利格羅斯以及加州大學舊金山分校的哈娜·埃爾-薩馬德的實驗室之間的合作專案試圖將此反饋環外包給計算機，以保持其工程酵母細胞中黃色熒光蛋白的水平恆定。這些“半機械人酵母”細胞在黑暗中儲存，並由計算機監控黃色熒光水平。當計算機檢測到熒光水平正在降低時，它會閃爍紅光。當它感覺到熒光太高時，它會閃爍近紅外光，從而關閉基因。藉助計算機，相同的細胞可以在任意選擇的水平上保持蛋白質水平恆定，這對於“傳統”合成生物學而言幾乎是不可能的任務。
這些半機械人酵母是控制論迴圈、計算機反饋迴圈控制生物穩態的有趣混合物，其應用不僅在實驗生物學中，具有保持基因恆定並研究下游通路如何受到影響的能力，而且在生物技術中，其中分子的產生必須受到培養條件的嚴格控制，並且也許有一天會在可以在精確時刻控制藥物釋放的醫療裝置中。計算機和生物學的隱喻和混合一直很複雜，而合成生物學和計算機科學之間的反饋只會繼續自我放大併產生新的怪異的半機械人。