互动科普

微型生物计算机研究有了新进展。

撰文 蒂姆·雷夸特（Tim Requarth） 克雷格·怀恩（Greg Wayne） 翻译 冯志华

长期以来，纳米医学的研究者都梦想能制造出可以植入人体的、分子大小的计算机设备，用来监控健康状况，并在疾病恶化之前就开始进行治疗。这类由生物材料制成的计算机的优势在于，它们掌握了生命体的“生化语言”。

最近，一些研究团体报告了他们在这一领域取得的进展。美国加州理工学院的一个研究小组在《科学》上发表文章称，他们利用一种名为“交互门”（seesaw gate）的DNA纳米结构，构建了类似微处理器的逻辑电路（logic circuit）。硅元件是利用电流来表示1和0，而基于生物材料的逻辑电路，则是利用试管中的DNA分子浓度。当新的DNA链加入试管，这就代表输入。此时，溶液中会发生一系列级联化学反应，释放出不同的DNA链，这表示输出。理论上，输入的DNA分子代表某种疾病的分子指示剂，而输出的DNA，则是治疗这种疾病的合适分子。通常，在试管中构建这类计算机会面临一个难题，即分子间发生的反应很难控制。“交互门”的优势在于，特定的“门”只对特定的输入DNA链起反应。

后来，加州理工学院的科学家还在《自然》上发表论文，展示了这种技术的威力：他们构建的DNA的逻辑电路能玩一种简单的记忆游戏。如果这种带有记忆功能的电路能植入活细胞，那么它们就可以根据细胞内的一些线索识别并治疗复杂疾病。

目前，这类电路还不能植入活体组织，部分原因是，它们与活细胞的“沟通”能力还很有限。最近，麻省理工学院的谢震（zhen xie）及其合作者在这方面取得了一些进展，研究结果发表在《科学》上。他们设计了一种基于RNA的电路，更加简单，但仍能识别出混在正常细胞中的癌细胞。更重要的是，这种电路还能触发癌细胞的自我毁灭机制。

这两种技术都只能在人工环境下使用。不过，科学家在DNA电路上取得的进展，为我们提供了一个新颖而强大的平台，为生物计算机的出现奠定了基础。