上海科学家构建出新型“DNA逻辑门”

　　

把生命体想像成一台充满精密计算的超级计算机，其实不难；若要使这台计算机按照人为指令进行一系列复杂计算，则注定要引发一场革命。近日，上海交大Bio-X中心与中科院上海应用物理研究所的研究人员利用一种特殊的DNA结构，设计出一类新型的“DNA逻辑门”(下图)。有了它，DNA分子就有可能像电子计算机一样，以二进制的方式进行各种逻辑运算。

    在电子计算机中，逻辑门是实现逻辑运算的基础，通常由晶体管构成。一高一低的两股电流在通过这“扇”门后，会产生“高”与“低”的两种信号，分别代表逻辑上的“真”与“假”，或二进制中的“0”和“1”。

    此次，上海科学家将这“扇”至关重要的逻辑门“安装”在了一种特殊的生物反应过程中，门的“材质”是一种具有催化功能的核酸结构，名叫“DNA核酶”。这种具有锤头结构的核酶能够在铜离子的辅助下催化氧化并切割DNA，科学家将“切”与“不切”两种指令分别定义为逻辑上的“是”与“非”，或二进制中的“0”和“1”，一扇通往各种复杂运算的逻辑门由此建立。这意味着，从理论上说，目前电子计算机上进行的所有运算都能通过这种生物反应来实现，而这就是DNA计算的雏形之一。

    由于DNA分子能同时进行大量的生化反应，所以DNA计算机在结构上是超大规模的并行计算，将有可能解决一些电子计算机难以完成的复杂问题。同时，DNA计算机的“内存”将十分强大——1立方分米的DNA溶液可以存储1万亿亿位二进制数据，超过目前所有计算机的储存容量；十几个小时的DNA计算，相当于所有电子计算机问世以来的总运算量，而其能量消耗却只有电子计算机的十亿分之一。

    当然，DNA计算机不仅仅是电子计算机的一个补充，科学家们期望某一天能将它装在药物的前端，像智能芯片一样注入人体，定时、定向地杀死病毒或修复正常细胞。尽管如此，DNA逻辑门的成功构建，还只是跨出了通往DNA计算机的一小步。事实上，DNA计算机的研制是一项浩大的工程，它的诞生有待于几代科学家的艰苦攻关，而非一朝一夕的事情。从目前的技术发展看，DNA计算机离商用还十分遥远。