活细胞内进行DNA计算获得成功

2013-07-23

美国北卡罗莱纳州立大学的化学家成功演示了如何在人体细胞内进行基于DNA的逻辑门操作

据物理学家组织网7月11日(北京时间)报道，美国北卡罗莱纳州立大学的化学家成功演示了如何在人体细胞内进行基于DNA的逻辑门操作。这一研究为将来在活细胞内运行更复杂的计算铺平了道路，并有助于开发新的疾病诊断和治疗方法。

计算机是通过逻辑门进行运算的，多个逻辑门以不同的方式组合，使计算机能够执行各种操作。在DNA计算中，这些门是由不同的DNA链而非一系列晶体管结合在一起创建出来的。然而，到目前为止，DNA计算通常发生在试管中，而不是活细胞内。

北卡罗莱纳州立大学的化学家亚历克斯·戴斯特和研究生詹姆斯·亨普希尔想了解，以DNA为基础的逻辑门是否能够检测到人体细胞中存在的特定小分子RNA(核糖核酸)。他们设计了一种基于DNA的“与”门(布尔逻辑门的一种)，其会对两个特定的小分子RNA——miRNA-21和miRNA- 122的存在做出响应。

正如计算机操作使用不同的输入来创建一个特定的输出一样，只有miRNA-21和miRNA-122这两个“输入”同时存在于细胞中时，这个基于DNA的布尔逻辑门才会被激活。如果它们确实存在，“与”门就会释放一个荧光分子，从而产生一个“输出”。

戴斯特认为，这样的逻辑门将来有望用于更准确地检测和治疗人类疾病，尤其是癌症。“这个逻辑门设计中使用的荧光分子可以作为一个识别癌细胞的标记，”他说，“或者，我们不用引导门在检测到特定小分子RNA存在时释放荧光分子，而是可以附加上针对疾病本身的治疗药物来实施治疗。”

该研究得到了美国化学学会和美国癌症协会的部分资助，论文已经发表于《美国化学会志》。