DNA也能自组装了学术资讯 - 科技工作者之家

近日，加州大学戴维斯分校、爱尔兰梅努斯大学和加州理工学院的计算机科学家创造出了可以通过运行自己的程序进行自组装的DNA分子。相关论文于3月21日发表在《自然》杂志上。

第一作者、加州大学戴维斯分校计算机科学助理教授David Doty表示：“我们的最终目标是利用计算来增长结构，并使更复杂的分子工程成为可能。”

该系统类似于计算机，但使用的是分子来表示6位二进制数（例如，011001），而非晶体管和二极管。研究人员在实验过程中设计并运行了21种算法，证明了该系统的潜力。Doty说：“我们对自己能够设计的算法的通用性感到惊讶，尽管这些算法的输入限制在6位。”

Doty和共同第一作者、爱尔兰梅努斯大学的Damien Woods设计了一个DNA短片段文库，每个DNA片段由42个碱基（A、C、G或T）组成，排列在4个由10-11个碱基组成的区域内。每个区域可以表示1或0，并且可以粘附在其他短片段的某些区域上。任何两个DNA短片段都不是完全匹配的。

每个短片段上的四个区域中有两个是“input”，两个是“output”。在电子二极管、晶体管或逻辑门中，在输入处（或多个输入处）为0或1的值将在输出处给出一个已知值。类似地，根据研究人员选择运行程序的短片段，他们可以在另一端得到一个已知的输出值。

从最初的6位输入开始，系统添加了一行又一行的分子，逐步运行算法。将成排的DNA链粘在一起进行计算。这就像有一组乐高积木，其中一些会自发地粘在其他积木上。研究人员首先选择一组短片段，将它们混合在一起，然后观察它们如何自组装成一个结构。

这个程序的最终结果就像一条由DNA编织的围巾，由短片段按原程序设定的模式粘在一起构成。最后，研究人员利用原子力显微镜检测了附着在DNA上的标记分子。现在，研究团队能够演示各种任务的算法，包括计数练习、随机游动和绘制图形。

在未来，分子编程可能在更高的水平上运行。Doty现在致力于分子编程的理论方面。他认为，DNA具有特殊的意义，因为它既能以分子形式表示信息，而且相对容易处理。“这是分子生物学家给我们计算机科学家的伟大礼物，”他说。

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编译：花花

审稿：阿淼

责编：张梦

期刊来源：《自然》

期刊编号：0028-0836

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