ＤＮＡ分子組成的zui復(fù)雜生化電路誕生

美國(guó)科學(xué)家使用DNA分子，在一個(gè)試管中構(gòu)造出了迄今zui復(fù)雜的生化電路?？茖W(xué)家表示，這些電路可用來(lái)探測(cè)生物系統(tǒng)內(nèi)部信息處理的基本原理，也可用來(lái)設(shè)計(jì)具有決策能力的生物化學(xué)路徑等。相關(guān)研究發(fā)表在6月3日出版的《科學(xué)》雜志上。

邏輯門是使計(jì)算機(jī)在正確的時(shí)間做出正確行動(dòng)的數(shù)字邏輯電路的基本組成元件。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)中的邏輯門由電子晶體管制成，導(dǎo)線將它們連在一起形成電路。而加州理工學(xué)院生物工程系博士后錢璐璐和同事埃瑞克·溫弗利教授的生化電路，其邏輯門則由裝滿鹽水的試管內(nèi)的DNA分子組成。與電子電路中以電子流入和流出晶體管作為信號(hào)不同，用DNA制成的邏輯門將接收和發(fā)出分子作為信號(hào)，這些分子信號(hào)從一個(gè)特定的邏輯門漫游到另一個(gè)，好似有無(wú)形的導(dǎo)線將其連在一起組成電路。

錢璐璐解釋道，此前實(shí)驗(yàn)室的生化電路都有局限性，當(dāng)電路增大時(shí)，其工作的穩(wěn)定性和可預(yù)測(cè)性會(huì)隨之下降。因?yàn)椴煌碾娐沸枰煌姆肿咏Y(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能，因此，電路越大，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，調(diào)試難度也隨之增加。而新方法出的分子元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且標(biāo)準(zhǔn)化、運(yùn)作穩(wěn)定也容易進(jìn)行規(guī)?；?，可以出更大更復(fù)雜且運(yùn)行穩(wěn)定的電路。

錢璐璐和溫弗利用新方法出了幾個(gè)電路，其中zui大的一個(gè)包含有74個(gè)不同的DNA分子，可以計(jì)算不超過(guò)15的整數(shù)的平方根。科學(xué)家們通過(guò)監(jiān)測(cè)輸出分子的濃度獲取答案，整個(gè)計(jì)算過(guò)程耗時(shí)10小時(shí)，因此，它無(wú)法很快取代筆記本電腦。但這種電路的主要目標(biāo)不是取代計(jì)算機(jī)，而是讓科學(xué)家更好地對(duì)生化過(guò)程進(jìn)行邏輯控制。錢璐璐說(shuō)：“我們想要出更加的生化電路來(lái)完成更加復(fù)雜的任務(wù)，讓分子設(shè)備根據(jù)具體環(huán)境做出行動(dòng)。”

錢璐璐表示，他們的電路有幾個(gè)新特性。首先，所有邏輯門的結(jié)構(gòu)都一樣，區(qū)別只在于DNA序列不同。因此，同一類元件可以連在一起，出任何電路。更重要的是，科學(xué)家們不需要了解電路背后的分子機(jī)制就可以出電路。另外，通過(guò)調(diào)整某些DNA分子的濃度，科學(xué)家們可改變邏輯門的功能。而且，這些組成元件可以即插即用，因此很容易重新組裝成不同的電路。

新研究讓科學(xué)家在設(shè)計(jì)應(yīng)用于生物、化學(xué)工程的化學(xué)反應(yīng)方面擁有了的掌控力。未來(lái)，人工合成的生化電路可探測(cè)血液樣本中各分子的濃度，并將信息整合后進(jìn)行病理學(xué)診斷。