利用细胞信令 DNA分子计算为可编程药丸铺路

纽约，10月20日(记者冯卫东)——芝加哥大学的研究人员最近开发了一种新方法，可以使用强大的DNA分子计算方法来测量分子信号的变化。该方法为通过模拟分子计算进行研究和时间模式识别奠定了基础，有望为可编程药丸等的应用铺平道路。

活细胞使用复杂的信号系统来感知环境，并在邻居之间传递信息。特定信号分子的浓度及其随时间变化的方式是进入系统的关键因素。虽然原理很简单，但系统通常非常强大和复杂。难以解码的原因之一是很难找到信号分子并测量其浓度的变化。

芝加哥大学开发的新技术是生物学家寄予厚望的一种DNA计算形式。它是基于这样一个事实，即一条单链的DNA可以取代另一条双链的DNA，并且可以用完美的工具精确控制。

这些工具可以在几个数量级上精确控制“置换连锁反应”的速率和可逆性。这将导致类似开关的行为——无论响应是开启还是关闭。将不同的交换机组合起来使得逻辑操作成为可能，为各种计算任务铺平了道路。研究人员已经展示了排列链式反应如何执行复杂的计算，甚至模拟深层学习网络的能力。

芝加哥大学的一项新研究概述了DNA电路如何感知特定信号的存在以及它如何随时间变化。最重要的是，即使周期、占空比和脉冲数变化很大，信号的总量也可以相同。新设计的分子机器可以独立测量这些功能。研究人员使用抽象的化学反应网络和模拟的DNA链置换反应来证明设计原则的有效性。

研究人员认为，这种分子计算机在未来可能会有引人注目的应用，比如开发仅在接受特定信号模式时才释放药物的DNA折纸药丸。细胞的炎症反应和适应性免疫反应将触发转录因子NFkB的不同信号模式。药丸可以被编程为只识别其中一种，并相应地释放药物。