分子'放大器'促进了DNA计算

时间:2017-08-13 05:50:35166网络整理admin

通过Anil Ananthaswamy基于DNA的计算得到了很大的推动以可以针对特定分子定制的方式放大弱化学信号的方法使基于DNA的电路更接近实际应用在传统的数字电子设备中,电子是信息的载体在基于DNA的电路中,单链DNA的片段是信息的载体基于DNA的电路不是将1和0编码为高电压和低电压,而是使用高浓度和低浓度的给定DNA片段去年,美国加利福尼亚州帕萨迪纳市加利福尼亚理工学院Erik Winfree小组的Georg Seelig及其同事开发了基于DNA的电路构建模块他们使用DNA链创建了逻辑组件 - AND,NOT和OR门例如,AND门是仅当溶液中存在两条“输入”链时才释放DNA的“输出”链的分子这些逻辑门可以组合或级联以构建简单的电路(Science,DOI:10.1126 / science.11​​32493) “但他们没有任何放大,”温弗里说 “因此,分子数量与分子数量相同”如果基于DNA的计算具有实际应用,则扩增是必不可少的例如,如果一个电路必须检测其环境中是否存在少量DNA,则必须在电路工作之前“放大”DNA聚合酶链反应(PCR)是一种众所周知的生物化学过程,可以摄取极少量的DNA并以指数方式扩增,但该过程依赖于酶现在,Winfree小组的David Zhang及其同事已经展示了如何在不使用酶的情况下进行DNA扩增,使得该过程更简单,更易于配置,因为它可以适应任何DNA链该过程利用了互补的DNA片段将结合在一起的事实 DNA的“催化剂”链用于从结合在一起的几条链中拉出另一条链催化剂链通过连接到一端暴露的片段(称为“立足点”)来实现它最终完全依附于“解压缩”另一条链一旦释放出目标链,就使用另一条链通过类似的方法分离催化剂,以便可以重复使用最终结果是少量催化剂材料释放出大量的输出分子该团队表明,输出分子的浓度可高达催化剂浓度的900倍该反应也是可编程的,在某种意义上,人们可以选择各种分子的确切序列以适合特定的基于DNA的数字电路的设计这种反应进行的原因与熵有关 “只是事实上分子可以提供更多的地方,这实际上是非常强大的驱动力,并使反应想要前进,”温弗里说 “你想产生熵,自然喜欢混乱”虽然这个过程还没有与PCR竞争,“它设定了如何在不使用酶的情况下从零开始设计这样的系统的一些原则,”Winfree说以色列雷霍沃特Weizmann科学研究所的Roy Bar-Ziv在“科学”杂志(第318卷,第1078页)中写道,这种方法可以嵌入生化逻辑电路中并“用于放大微弱信号,从而提高速度和电路的性能“他补充说,这种催化电路可用于“控制纳米级器件”期刊参考:科学(第318卷,