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美利用基因工程技术研制生物计算机

华股财经 2008年08月04日 15:00:32 来源:科技日报 作者:张佳星
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  本报讯 来自美国戴维森学院、北卡罗来那大学和密苏里西部大学等多个高校生物和数学专业的研究人员,通过对埃希氏菌属大肠杆菌添加基因,成功创造出细菌计算机。这一经基因改造后的细菌是名副其实可以进行计算的“微生物”,实验显示,它的确具备解决传统数学问题“翻煎饼难题”的能力。该项研究成果公布在5月21日的《每日科学》网站上。   传统的“翻煎饼难题”中包含了一堆不同大小的煎饼,每个煎饼都有金黄色面和烤焦面。要求是将最大的煎饼放在最底下并使得每个煎饼的金黄色面朝上,而解决者操作的每一步只能一次操作一个或者连续的几个煎饼,改变其顺序或者朝向以达到要求,步骤最少的路径为最佳解。这一传统问题是计算机领域的一个基本算法问题。   实验中,研究人员把DNA片段当作“煎饼”,把从其他细菌中分离得到的基因添加到大肠杆菌中,并且设计了一个利用特异性位点进行重组的系统来实现DNA元件的倒置,这样大肠杆菌就可以通过DNA片段的移动和反向插入来进行“DNA煎饼”的排序和翻转。同时研究人员也为大肠杆菌加入了一个可以使大肠杆菌获得抗生素抗性的基因,只有当DNA片段排序正确时,大肠杆菌才显出抗性。这个数学问题在细菌中被解决的时间反映了解决煎饼难题所需要的最少步骤。   研究小组带头人卡麦乐?海恩斯解释说,与传统计算机相比,这种生物计算机有更多潜在的优势,一个小摇瓶就可以培养上百亿的细菌,每一个都能包含多个拷贝的DNA片段用来计算;而且这些细菌计算机能够平行工作互不干扰,这就意味着它们有可能比传统计算机更快,用更少的空间,使用更低的成本;除了平行外,生物计算机由于以活的生物为载体,也可以利用修复机制在重复使用后进化。   随着对生物的研究越来越细化,人们开始利用细胞来完成设计者设想的各种任务,这一学科被称为合成生物学。例如把网络同简单的细胞相结合,提高生物传感性以帮助检查人员确定地雷或生物武器的位置等工作。此项研究的顺利完成,不仅证明了在生物细胞里进行高强度的计算是可行的,而且为包括数据储存以及基因操作在内的应用开辟了新途径,是合成生物学领域的一个突破。
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