用强大的DNA分子计算方法测量分子信号的变化

芝加哥大学的研究人员利用强大的DNA分子计算方法，开发了一种测量分子信号变化的新方法。该方法通过模拟分子计算为研究和时间模式识别奠定了基础，有望为可编程药丸等应用铺平道路。

活细胞使用复杂的信号系统来感知环境，并在内部和邻居之间传递这些信息。特定信号分子的浓度及其随时间变化的方式是进入系统的关键因素。虽然原理很简单，但系统往往非常强大和复杂。解码困难的原因之一是难以找到信号分子并测量其浓度变化。

芝加哥大学开发的新技术是生物学家寄予厚望的DNA计算形式之一。它是基于双链DNA中一个单链DNA可以取代另一个DNA的事实，使用完善的工具可以精确控制。

这些工具可以将“取代链式反应”的速率和可逆性精确控制在几个数量级。这将产生类似开关的行为。3354响应是开还是关。组合不同的开关可以使逻辑运算成为可能，这为各种计算任务铺平了道路。研究人员展示了排列链式反应如何进行复杂的计算，甚至模仿深度学习网络的能力。

芝加哥大学的新研究概述了DNA回路如何感知特定信号的存在及其随时间的变化。最重要的是，即使周期、占空比和脉冲数变化很大，信令总量也可以相同。新设计的分子机器可以独立测量这些功能。研究人员使用抽象化学反应网络和模拟DNA链置换反应来证明设计原理的有效性。

研究人员认为，这种分子计算机在未来可能会有戏剧性的应用，例如开发DNA折纸药丸，这种药丸只有在接收到特定的信号模式时才会释放药物。细胞的炎症反应及其适应性免疫反应会触发转录因子NFkB的不同信号模式。药丸可以被编程为只识别其中一种，并相应地释放药物。

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