利用強大的DNA分子計算方法測量分子信號的變化

芝加哥大學的研究人員最近開發(fā)了一種新方法，可以使用強大的DNA分子計算方法來測量分子信號的變化。該方法為模擬分子計算研究和識別時間模式奠定了基礎，有望為可編程藥丸等應用鋪平道路。

活細胞使用復雜的信號系統(tǒng)來感知環(huán)境，并在自己和鄰居之間傳遞這些信息。特定信號分子的濃度及其隨時間變化的方式是進入系統(tǒng)的關鍵因素。雖然原理簡單，但系統(tǒng)往往非常強大和復雜。解碼困難的原因之一是很難找到信號分子并測量其濃度的變化。

芝加哥大學開發(fā)的新技術是生物學家寄予厚望的DNA計算形式之一。它是基于一個單鏈DNA可以替代雙鏈DNA中的另一個DNA，并且可以被完美的工具精確控制。

這些工具可以將“位移鏈式反應”的速率和可逆性精確控制在幾個數(shù)量級。這將產(chǎn)生類似開關的行為——，這反映了它是開還是關。組合不同的開關可以使邏輯運算成為可能，這為各種計算任務鋪平了道路。研究人員已經(jīng)證明了位移鏈式反應如何執(zhí)行復雜的計算，甚至模仿深度學習網(wǎng)絡的能力。

芝加哥大學的新研究總結了DNA回路可以感知特定信號的存在及其隨時間變化的方式。最重要的是，即使周期、占空比和脈沖數(shù)變化很大，信令總量也可以相同。新設計的分子機器可以獨立測量這些功能。研究人員使用抽象的化學反應網(wǎng)絡和模擬的脫氧核糖核酸鏈置換反應來證明設計原理的有效性。

研究人員認為，這種分子計算機在未來可能會有戲劇性的應用，例如開發(fā)脫氧核糖核酸折紙藥丸，這種藥丸只有在接收到特定的信號模式時才會釋放藥物。細胞的炎癥反應及其適應性免疫反應會觸發(fā)轉(zhuǎn)錄因子NFkB的不同信號模式。藥丸可以被編程為只識別其中一種，并相應地釋放藥物。

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