在現今社會依舊有許多難以治療的疾病持續影響著我們的日常生活，我們研究團隊近年利用合成生物學(synthetic biology)結合工程原理與現代分子生物技術，導入不同於現今傳統的實驗設計，致力探討複雜疾病的機轉。尤其我們將細胞比擬為電腦，而基因網絡就像是程式碼，藉由調控細胞中的感測和反應元件聯結所建構的基因網絡，並融入邏輯計算，因此能建立出人工智慧的互動網絡，將能賦予細胞執行更複雜工作的能力。在此計畫中，我們重新建構酵母菌細胞的性別轉換系統(yeast mating-type switch)，由於細胞對兩種性別爾蒙的辨識與生殖反應為穩定且可預期的雙轉換 (bi-stable oscillation)，我們應用此系統作為邏輯計算的基礎元件(logic gate)，再藉由運算、儲存和相對應的輸出反應，可形成一個合成細胞的計數和紀錄系統，將賦予細胞感應複雜環境訊息的新功能。為了將此系統設計應用至其他生物或人類醫學，我們亦將以CRISPR/Cas內切酶取代酵母菌性別轉換系統中的HO內切酶，使資訊的儲存和轉換效率可增加並提升運算的多樣性，目的在使細胞處在不同的環境訊息變換時，能執行對應的DNA序列切換，而此序列變換除了可以可透過定序得知之外，亦可設計為生細胞生理性狀上的變化。我們預期此創新的合成生物系統是未來高階生物電腦(bio-computer)或生物感測器(bio-detector)的雛型，未來若能直接在生物體內作用，感應各種生物體內異常訊息並做紀錄，甚至能夠直接給予反應指令，讓複雜疾病的診斷和治療有全新的整合。

相較近年研究提出的細胞紀錄，我們的技術保有DNA記錄系統的高度可塑性，但克服現今重組酶紀錄系統對於重複訊號計數的侷限性，也較轉錄因子的記錄系統有更高的準確度，我們的合成細胞計數器亦展現邏輯迴路的擴充性，因此減少倚賴程式模擬的實際需求，上述這些優勢將利於我們應用細胞計數計應在複雜疾病的長期檢測與追蹤。

我們技術的核心是賦予生物的細胞紀錄與邏輯計算的能力，尤其是二進位生物運算技術對複雜疾病的檢測與追蹤有相當廣泛的應用層面，相較許多醫療檢測往往設定於特定疾病或標靶，我們目標是建構客製化的基因網絡套件供不同領域的醫學研究，在初期我們計畫將此技術與創新概念應用於神經細胞應對環境刺激與老化過程的相關研究。