美利用人工合成的DNA制成迄今最復(fù)雜生化電路
美國加州理工學(xué)院研究人員利用人工合成的DNA(脫氧核糖核酸)分子，在試管中制成了迄今最復(fù)雜的生化電路。研究人員說，設(shè)計這樣的電路，目的并非要與電子計算機競爭，而是用來探索生物系統(tǒng)處理信息的原理。在傳統(tǒng)計算機中，集成電路的基本元件邏輯門由晶體管制成，但在這一新制成的生化電路中，邏輯門由短的單鏈DNA和部分雙鏈特征DNA組成。晶體管以電子流入和流出晶體管作為信號，而DNA邏輯門以接收和發(fā)出分子作為信號。
研究人員在最新一期《科學(xué)》雜志上報告說，他們設(shè)計了多個電路，其中最大的一個包括74個不同的DNA分子，可以計算不超過15的整數(shù)的平方根，給出的答案是小于該平方根的最大整數(shù)。研究人員通過監(jiān)測試管溶液中輸出信號分子的濃度讀取計算的答案。整個運算過程需要大約10個小時。
研究人員表示，設(shè)計具有決策能力的生化電路，可以幫助更好掌控應(yīng)用于生物工程、化學(xué)工程以及生化工業(yè)中的分子反應(yīng)。比如說在未來，一個設(shè)計合成的生化電路可以被放入臨床血液樣本中，檢測各種分子在樣本中的水平，然后根據(jù)這些信息作出病理學(xué)的診斷。
“我們試圖借用已為電子世界帶來巨大成功的理念，例如對運算的抽象、編程語言以及編譯器，并將它們應(yīng)用到分子生物的世界中，”論文第一作者、加州理工學(xué)院生物工程系博士后錢璐璐說。
此前在實驗室里制造的生化電路普遍具有局限性，因為當(dāng)電路的規(guī)模增大時，工作的穩(wěn)定性和可預(yù)測性也隨之降低。錢璐璐解釋說，造成這種局限性最可能的原因是，不同的電路功能需要用不同結(jié)構(gòu)的分子元件來實現(xiàn)，這樣當(dāng)電路變得越來越大時，其制造和調(diào)試的難度也隨之增加。在此次設(shè)計的新生化電路中，分子元件的結(jié)構(gòu)非常簡單且標(biāo)準(zhǔn)化，運作穩(wěn)定且容易升級。
錢璐璐說，在計算機工業(yè)中，大家努力制造越來越好的計算機，“我們也在做相同的努力。我們要制造越來越好的生化電路來完成更加尖端的任務(wù)，讓分子設(shè)備根據(jù)它們的環(huán)境而行動。”
