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上海应物所等在DNA计算方面取得进展

发布时间:2015-12-10 13:06:13   浏览次数:0

        近日,中国科学院上海应用物理研究所物理生物学研究室与丹麦奥胡斯大学合作,在基于DNA纳米结构的数学运算方面取得了新进展,建立了基于组合学原理的DNA计算器原型。相关结果发表在《自然·通讯》杂志上(Nature Communications, 2015, 6, 10089),该杂志同时发布了报道(Press release)。
  DNA分子具有强大的序列可编程性及精确的分子识别能力,被认为是发展下一代生物计算机的理想材料。1994年,图灵奖获得者Leonard Adleman教授首次提出了DNA计算的思想,展示了DNA分子强大的平行计算能力。然而,现有的原型DNA计算机往往存在输入输出不一致、信号串扰、运算效率低等问题,并且缺乏直观的输出模式,其运算过程与结果往往难以解读,限制了DNA计算领域的发展。
  上海应物所柳华杰、樊春海等研究人员与Kurt Gothelf教授合作,提出了基于组合学原理建立类似“查找表”的全新DNA计算模式,显著提高了DNA计算的效率。在计算机科学中,使用查找表可以避免复杂运算过程中的多级逻辑运算。DNA构建的查找表具有超大的变量容纳能力。例如,8个碱基的DNA序列理论上具有48=65,536种编码形式。而利用DNA强大的平行计算能力则可以高效地访问查找表。研究人员以乘法运算为例对该模式进行了演示,并采用了类似电子计算器的可视化数字输出形式。运算结果以明确的数字结果在多尺度的显示器上均可以得到解读。这一DNA计算模型具有模块化设计的特点,有望通过设计人性化的输入、计算、输出等模块,成为一种适合于普通用户的原型DNA计算机,并在生物传感、数据存储与处理等方面得到应用。