發(fā)布日期：2018-10-22
美國芝加哥大學(xué)研究人員日前開發(fā)出一種新方法，可使用強(qiáng)大的DNA分子計(jì)算方法來測量分子信號的變化。該方法為研究和，通過模擬分子計(jì)算進(jìn)行時(shí)間模式識別奠定了基礎(chǔ)，有望為可編程藥丸等應(yīng)用鋪路。
活細(xì)胞使用復(fù)雜的信令系統(tǒng)來感知環(huán)境，并在內(nèi)部和鄰居間傳遞這一信息。特定信令分子的濃度及其隨時(shí)間變化的方式，是進(jìn)入該系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。雖然原理上很簡單，但系統(tǒng)往往非常強(qiáng)大和復(fù)雜。難以解碼的原因之一是難以發(fā)現(xiàn)信令分子并測量其濃度的變化。
芝加哥大學(xué)開發(fā)的新技術(shù)是生物學(xué)家寄予厚望的DNA計(jì)算形式的一種，其基于一條單鏈DNA可在雙鏈DNA中取代另一條DNA，可使用完善的工具進(jìn)行精確控制。
這些工具可在幾個(gè)數(shù)量級上精確控制“置換鏈反應(yīng)”的速率和可逆性。這會產(chǎn)生類似開關(guān)的行為——反應(yīng)是開啟還是關(guān)閉，結(jié)合不同的開關(guān)可使邏輯運(yùn)算成為可能，這為各種計(jì)算任務(wù)鋪平了道路。研究人員已經(jīng)展示了置換鏈反應(yīng)如何進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算甚至模仿深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的能力。
芝加哥大學(xué)的新研究概述了DNA電路可感知特定信令的存在及其隨時(shí)間變化的方式。最重要的是，即使周期、占空比和脈沖數(shù)變化很大，信令的總量也可以相同。新設(shè)計(jì)的分子機(jī)器可獨(dú)立地測量這些功能。研究人員使用抽象化學(xué)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和模擬DNA鏈置換反應(yīng)證明了設(shè)計(jì)原則的成效。
研究人員認(rèn)為，這種分子計(jì)算機(jī)未來可能具有戲劇性的應(yīng)用，如開發(fā)DNA折紙藥丸，其只有在接收到特定的信令模式時(shí)才釋放藥物。細(xì)胞的炎癥反應(yīng)及其適應(yīng)性免疫反應(yīng)會觸發(fā)轉(zhuǎn)錄因子NFkB的不同信令模式，對藥丸進(jìn)行編程，可使其僅識別其中之一即可相應(yīng)地釋放藥物。（記者馮衛(wèi)東）
總編輯圈點(diǎn)
科學(xué)家在科研領(lǐng)域越來越“細(xì)致入微”。在無機(jī)領(lǐng)域，粒子被撞得越來越小，每次新的粒子被發(fā)現(xiàn)，都撞開認(rèn)識世界的新大門。在有機(jī)領(lǐng)域，分子得到越來越精確的監(jiān)測、計(jì)算和操控，并逐步應(yīng)用到生物、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，為人類謀福祉。和宏觀宇宙一樣，微觀世界對人類而言仍蘊(yùn)藏著廣袤無垠的未知。任何認(rèn)為已經(jīng)觸到微觀世界盡頭的想法，恐怕最終都會遭到它的嘲笑。
來源：科技日報(bào)
