美国研制可自我修复和进化的基因计算机

译文寒冰

2009年02月01日

        据美国《发现》杂志报道，美国北卡罗莱那大学等高校的研究人员，研制出了一种基因计算机。这种计算机是一小瓶溶液，溶液中培养着上百亿细菌，每个细菌都可以通过其DNA片段进行计算。这一研究项目的负责人之一克迈乐·哈恩斯说，他们是通过在埃希氏菌属大肠杆菌中添加基因，成功地创造出这种基因计算机的。
        在实验过程中，研究人员利用DNA片段充当运行计算的筹码，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片段的排序和翻转。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“煎饼问题”所需要的最少步骤。
        与现有的计算机相比，基因计算机拥有更多潜在的优势，一小瓶溶液就可以培养上百亿的细菌，其中的每个细菌都可包含多个DNA片段的拷贝，并用它们进行计算。每个细菌都相当于一个处理器，这些细菌处理器能够平行工作，互不干扰，这就意味着它们会比现有的计算机更快，占用空间更少，成本更低。另一方面，基因计算机由于以活的细菌为载体，也具有修复机制，而且会在长期反复运算过程中发生进化。
        这项研究证明，可以在活的细胞内进行高强度的计算，也可以同时对基因进行操作，由此来设计细胞计算的特性以及细胞进化的过程，具有广阔的发展前景。这是一门新学科，叫做合成生物学。这项研究是合成生物学领域的一个新突破。