学科交叉催生新型DNA逻辑门

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学科交叉催生新型DNA逻辑门

为发展DNA计算机奠定了基础  

上海应用物理研究所   



   利用特定的DNA结构——DNA核酶可以构建各种DNA分子逻辑门，这为DNA计算机的发展奠定了基础。

   在国家自然科学基金委、中国科学院、科技部和上海市科委的支持下，中科院上海应用物理研究所的樊春海研究员与上海交通大学Bio-X中心的贺林院士、张治洲教授（现为天津科技大学教授）通过深入的学科交叉与合作，应用DNA核酶研制成功一类新型的“DNA逻辑门”。虽然DNA计算未来潜力无穷，但是当前仍然有许多瓶颈技术和基础问题需要解决，其中基于DNA分子的逻辑门就是实现DNA计算的一个重要基础。相关研究结果已发表在日前出版的著名化学杂志《德国应用化学》上。

   DNA计算是计算机科学和分子生物学相结合而发展起来的新兴研究领域。由于DNA分子具有强大的并行运算和超高的存储能力，DNA计算将可能解决一些电子计算机难以完成的复杂问题，而且也可能在体内药物传输或遗传分析等领域发挥重要作用。虽然DNA计算未来潜力无穷，但是当前仍然有许多瓶颈技术和基础问题需要解决，其中基于DNA分子的逻辑门就是实现DNA计算的一个重要基础。

   DNA核酶是一种通过体外进化筛选出来的具有特定酶活性的核酸结构，在该项研究中采用的是具有DNA水解酶活性的DNA核酶。这种具有锤头状结构的核酶可以在铜离子辅助下催化氧化并切割底物DNA。DNA逻辑门即是在这种DNA核酶结构基础上通过模块设计(modular design)研制出来的。输入信号通过特定的生物分子传感可以产生输出信号，从而实现“YES”、“NOT”等逻辑判断，并可以组合成复杂的三输入逻辑门“AND(A, NOT(B), NOT(C))”。“NOT”与“AND(A, NOT(B), NOT(C))”的组合是一套通用运算符号，因此，理论上图灵机的所有运算均可以通过其组合而实现。该逻辑门系统的新特色在于排除以往DNA逻辑门设计中RNA核苷的参与，仅单纯应用DNA分子，从而避免了RNA核苷带来的系统不稳定性。相关研究结果已发表在3月出版的著名化学杂志《德国应用化学》上(Angew. Chem. Int. Ed., 2006, 45, 1759.)。
http://www.cas.cn/html/Dir/2006/03/31/9312.htm