發(fā)布日期：2018-10-22
美國(guó)芝加哥大學(xué)研究人員日前開(kāi)發(fā)出一種新方法，可使用強(qiáng)大的DNA分子計(jì)算方法來(lái)測(cè)量分子信號(hào)的變化。該方法為研究和，通過(guò)模擬分子計(jì)算進(jìn)行時(shí)間模式識(shí)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(lái)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(jiǎn)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(cè)量其濃度的變化。
芝加哥大學(xué)開(kāi)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(jí)上精確控制“置換鏈反應(yīng)”的速率和可逆性。這會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似開(kāi)關(guān)的行為——反應(yīng)是開(kāi)啟還是關(guān)閉，結(jié)合不同的開(kāi)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(cè)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(lái)可能具有戲劇性的應(yīng)用，如開(kāi)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(huì)觸發(fā)轉(zhuǎn)錄因子NFkB的不同信令模式，對(duì)藥丸進(jìn)行編程，可使其僅識(shí)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(lái)越“細(xì)致入微”。在無(wú)機(jī)領(lǐng)域，粒子被撞得越來(lái)越小，每次新的粒子被發(fā)現(xiàn)，都撞開(kāi)認(rèn)識(shí)世界的新大門(mén)。在有機(jī)領(lǐng)域，分子得到越來(lái)越精確的監(jiān)測(cè)、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(lèi)謀福祉。和宏觀宇宙一樣，微觀世界對(duì)人類(lèi)而言仍蘊(yùn)藏著廣袤無(wú)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(huì)遭到它的嘲笑。
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