科技快讯——用“合成细胞”打造“DNA计算机”
文丨科学公园
用“合成细胞”打造“DNA计算机”
众所周知，DNA承载着生物的遗传信息，堪称生命的“蓝图”。不过近些年来，随着科技的发展，人们开始利用DNA来实现许多新的功能，例如用它来代替传统的电子线路进行运算，即所谓的DNA运算。前不久，研究人员成功建造出“合成细胞”，希望它能够帮助我们更好地实现DNA运算。
来自荷兰的研究人员首先将蛋白质和高分子化合物的复合体分散到水中，然后添加不溶于水的有机物并搅拌，其结果是蛋白质和高分子化合物的复合体包裹着水滴，添加了直径几十微米的微球。研究人员发现，与形成细胞膜的磷脂双分子层不同，这种“合成细胞”的薄膜能够让较短的单链DNA分子随意进出，因此为开发基于DNA的电脑运算形式提供了很好的场所。
研究人员首先将A和B两条单链DNA包裹到“合成细胞”中。这两个单链DNA分子有部分碱基序列互补，因此可以形成双螺旋结构，使得两个DNA分子结合。但随后如果另一个单链DNA分子C进入“合成细胞”中，而C与A之间具有更加匹配的互补碱基，那么A就会转而与C形成双螺旋，而“落单”的单链DNA分子B则会扩散到“细胞”外部。研究人员随后将荧光染料与DNA分子相结合，使得新的双螺旋形成的过程伴随荧光强度的变化，可以很方便地被检测到。通过这样的机制，研究人员就能够利用DNA实现一系列基本的逻辑运算。
“合成细胞”中包裹着三种不同的DNA运算单元，构成了一个简单的线路（图片引自原论文）
虽然早在这一研究之前，科学家们就利用类似的原理展示了DNA运算的可能性，但此前的研究大多直接将DNA分子暴露在环境中，DNA分子容易在酶的作用下失活，而这一最新研究将DNA包裹在微球中，使得DNA运算的稳定性有了很大的提升。相关论文发表在《自然·纳米技术》上。
报道：https://cen.acs.org/biological-chemistry/synthetic-biology/Synthetic-cells-protect-DNA-circuits/97/web/2019/03
论文：https://www.nature.com/articles/s41565-019-0399-9