一種由試管中DNA鏈組成的簡單計算機現在可以完成完整的井字棋遊戲——並且每次都會擊敗你或與你打成平手。這一結果展示了DNA計算複雜性的新水平,這可能有助於構建更好的生物醫學探測器或僅對某些病原體或細胞起反應的藥物。
研究人員正在開發定製的DNA分子,以模擬矽基計算機中執行的邏輯運算,以此來改進生物醫學技術或幫助將奈米級構建塊組裝成新材料。在一種方法中,一系列孔被填充了髮夾狀的DNA鏈,稱為“門”,它們以設計者選擇的方式響應輸入。一個研究小組已經表明,這樣一種系統,稱為YES和AND門的分子陣列,或MAYA,可以玩一種僅限於某些移動的井字棋遊戲。
在11月的《奈米快報》中,該團隊將報告他們的第二個版本MAYA-II,允許玩家在計算機的第一步(位於中心方格)之後在任何孔中移動。該遊戲由一個三乘三的試管陣列組成,每個試管都裝有自己的一組DNA門。每個門的構造方式是,當它暴露於特定的較短DNA輸入鏈組合時,其髮夾結構會解開並激活熒光底物。為了移動,玩家向所有孔中新增一個輸入鏈,該輸入鏈代表在當前回合中在所選方格中的移動。例如,存在一個DNA鏈,專門對應於“左中方格,第一輪”。雖然玩家將此鏈新增到所有孔中,但只有一個孔(玩家想要標記的孔)具有被該輸入鏈啟用的門。然後,該孔在兩種光頻率之一處發出熒光。計算機的響應(導致孔在另一種頻率處發出熒光)被編碼在其他孔中的門中。例如,人類玩家的左中輸入也將被設計為觸發右上角的門,該門在計算機的頻率處發出熒光。
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該小組報告稱,MAYA-II需要128個不同的DNA門分佈在孔中和32個輸入分子。“鑑於我們有如此多的門協同工作,我們對這種潛力感到興奮,”第一作者、哥倫比亞大學病毒學家Joanne Macdonald說。Macdonald說,目標是簡化病毒或癌症的檢測方案,以便樣本僅在包含正確的DNA序列組合時才引發訊號。其他人也認同這項技術的潛力。“這個技術具有更大的複雜性,他們已經證明即使在這個水平上它也能工作,”紐約大學的Nadrian Seeman說。“它為更復雜的計算打開了大門。”