分子计算机在活细胞内运行计算

 作者:凌以筛     |      日期:2017-04-22 03:38:27
作者:Colin Barras加利福尼亚州有许多计算机,但其中只有一台在活酵母细胞内运行生物计算机的未来模型,由DNA样分子RNA制成,可用于在体内进行计算 - 即在人体细胞内 - 在第一次发病时释放药物或引发免疫系统 DNA与计算机共享其基本功能 - 它存储,处理和传递信息在20世纪90年代末期,研究人员成功地创造了一组DNA分子 - 一种DNA计算机 - 能够解决简单的数学问题从那时起,DNA计算机就被证明在井字游戏(noughts and crosses)中无与伦比,但它们并不像传统计算机那样真正适合高速数字运算这些分子设备的真正优势在于生物系统内的工作和计算,其中DNA已经发展到家中现在,加利福尼亚理工学院(加州理工学院)已开发出RNA计算机,这是该概念最先进的实现 Maung Nyan Win和Christina Smolke创造了一种RNA设备,它充当逻辑门,是电子计算的基础 Caltech设备以天然细胞蛋白的形式处理输入信号,并以绿色荧光蛋白(GFP)的形式产生输出(参见使用中的GFP图像的幻灯片)计算机的核心是核酶 - 一种能够催化其他分子变化的短RNA分子这与细胞可以转化为GFP的RNA序列和作为核酶触发物的第三个RNA分子相关联该触发器可以设计成与细胞内的特定分子结合,如蛋白质或抗生素当它发生时,催化核酶会破坏GFP序列并阻止细胞产生更多发光的蛋白质整个组合是一个非逻辑门:当存在输入蛋白时,GFP的产生停止使用两个触发部分产生与非门,其输出取决于两个输入蛋白的存在与否 Smolke表示,可以使用多个NAND门来编写任何其他逻辑操作,使其成为“能够实现通用计算的最着名的设备示例”加州理工学院的团队认为,将来将门转移到哺乳动物或细菌细胞中应该很简单,并将逻辑门链接在一起以执行更复杂的操作这提供了研究和治愈生物系统的革命性方法的潜力 2004年的试管实验证明了这样一位DNA计算机医生可能会如何工作 Weizmann科学研究所的Ehud Shapiro创建了一个系统,可以检测与前列腺癌相关的标记分子并释放抗癌药物使用逻辑门串,类似的系统可以组合来自几种不同生物标记的信号以产生更复杂的响应,例如,药物或激素的混合物 “这是合成生物学和体内计算领域的重要一步,”哈佛大学的Kobi Benenson说 2007年,Benenson的团队率先将计算设备放入一个小区(Nature Biotechnology,DOI:10.1038 / nbt1307)该系统需要人工DNA链作为其输入信号,而Caltech计算机可以使用天然细胞分子期刊参考:科学(DOI: