來自加州理工大學(xué)計(jì)算與神經(jīng)系,、牛津大學(xué)物理學(xué)系和貝爾實(shí)驗(yàn)室（Bell Laboratories）的研究人員在DNA環(huán)路（DNA-based circuits）設(shè)計(jì)上獲得了一項(xiàng)重要的飛躍性成果：首次不使用酶擴(kuò)增得到目的DNA序列，這是邁向創(chuàng)造細(xì)胞內(nèi)人工生化環(huán)路（artificial biochemical circuits）的重要進(jìn)步。這一研究成果公布在《科學(xué)》雜志上,。
德州大學(xué)的Andrew Ellington認(rèn)為,，“他們獲得了一種DNA的程序性語(yǔ)言,，一種軟件”,，這項(xiàng)工作是“跨越之前研究的一種重大進(jìn)步。”
科學(xué)家們之前利用DNA構(gòu)建人工生化環(huán)路,，但是這些網(wǎng)絡(luò)通常只能設(shè)計(jì)用來執(zhí)行一種功能,，Ellington說，“這些只是一些執(zhí)行一項(xiàng)特殊任務(wù)或解決一個(gè)特殊問題的機(jī)器,。”
而在這一新研究中,，文章第一作者、加州理工大學(xué)的David Yu Zhang表示,，“我們發(fā)現(xiàn)了一種能設(shè)計(jì)出任何你想要的序列的方法,。”
Zhang和其同事利用基于6個(gè)短小的，單鏈的DNA片段堿基互補(bǔ)創(chuàng)造了一個(gè)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò),，每一個(gè)DNA鏈的位點(diǎn)都決定了這一環(huán)路成分是如何相互作用的,。每一個(gè)反應(yīng)中一個(gè)DNA催化劑被綁定在一個(gè)互補(bǔ)DNA鏈上，置換兩個(gè)另外的鏈,，由于這導(dǎo)致了整體的混亂性,，因此反應(yīng)是熱力學(xué)相關(guān)的,，不同于生物催化，這種發(fā)應(yīng)是不需要酶的,。
利用這一系統(tǒng),，研究人員獲得了兩種在天然生物調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中發(fā)現(xiàn)的信號(hào)擴(kuò)增類型，從而他們創(chuàng)造了一種反饋擴(kuò)增系統(tǒng),，這種系統(tǒng)中一個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物催化其原來的反應(yīng),，研究人員認(rèn)為，這樣的自催化系統(tǒng)最終能變成一種不需要酶的“PCR反應(yīng)”,。另外研究人員也進(jìn)行了擴(kuò)增目的DNA片段的系列反應(yīng),，Zhang說，“我們能放大這些催化劑的作用,，進(jìn)行系列擴(kuò)增,，就像是信號(hào)傳導(dǎo)體系。”
雖然這一項(xiàng)工作是在DNA中進(jìn)行的,，但這一系統(tǒng)也可以用于RNA或人工核苷酸,，最終,，這一類研究的目的就是創(chuàng)造出平行于生物細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立系統(tǒng),。這些人工合成的環(huán)路能檢測(cè)出細(xì)胞功能中的遺傳，能啟動(dòng)“一些只針對(duì)這一細(xì)胞的治療性行為”的應(yīng)答,。
文章作者也表示這些環(huán)路在動(dòng)物RNA和細(xì)胞溶解產(chǎn)物存在的情況下也能正常行使功能,，這是一項(xiàng)重要的證明，因?yàn)槿绻@些環(huán)路要在細(xì)胞中起作用,，那么就不能受到這些物質(zhì)的干擾,。
這一研究新發(fā)現(xiàn)的這一體系相比于之前的研究結(jié)果，更簡(jiǎn)單,，作用也更強(qiáng),，韋恩州立大學(xué)（Wayne State University）的John SantaLucia認(rèn)為，這一系統(tǒng)也許并不適用于DNA計(jì)算之類的技術(shù),，因?yàn)檫@些技術(shù)需要非常復(fù)雜的計(jì)算,，但是對(duì)于“細(xì)胞中的簡(jiǎn)單計(jì)算”之類技術(shù)卻很適用。
