互动科普

自然界是建造生物机器与电路的大师，它擅长维持生物钟的运转、复制基因、协助细胞迁移等工作。如今，人类工程师正在试着设计与合成新型的生物化学装置，包括纳米工厂、生物电路，乃至分子计算机等。

目前，此类研究通常会使用现成的细胞构件（如生物酶）进行合成，但部分研究人员更希望从最基础的层面开始工作。对于这些“分子程序员”来说，DNA（脱氧核糖核酸）是一套可供选择的编程语言，在其基础上制造出有望与大自然杰作相媲美的电路与机器，是他们的终极目标。近期，研究人员在该领域实现了突破，他们利用DNA首次合成了一个振荡器（oscillator），也可以叫分子计时器。

这项研究具有里程碑意义，相关成果已于去年12月发表在《科学》（Science）杂志上。论文的通讯作者、美国得克萨斯大学奥斯汀分校的电气和计算机工程师戴维·索洛韦伊奇克（David Soloveichik）解释说，研究表明，DNA并非仅是遗传信息的被动载体，而是即便独立存在也“能产生复杂行为”的分子。制造出DNA振荡器本身在生物工程领域上就具有非凡意义，而且还可能成为生物合成领域中的潜在突破点，比如给人造细胞制定活动时刻表、控制药物释放的时机，以及合成分子计算机。

为了制造这个装置，索洛韦伊奇克和当时在美国加州理工学院攻读博士的尼兰詹·斯里尼瓦斯（Niranjan Srinivas），以及他们的同事，共同创建了一种DNA编译器（一系列算法，使程序员可以直接发出制造分子的指令，而无需考虑生物化学层面上的具体细节）。软件会将这些指令翻译成DNA序列，然后把这些序列混合。随后，DNA链通过自组装，成为分子机器。

借助该编译器，研究团队编写了一个能够反复生成“滴”、“嗒”模式的DNA振荡器原型机。索洛韦伊奇克指出，利用这个方法还能创建出更复杂的行为，比如根据化学信号调整计时器的快慢。也许，这些计时器最终能够用于化学计算——毕竟，机械计算机的雏形正是当初精细复杂的机械钟表。

美国哈佛大学的系统生物学家尹鹏（Peng Yin，未参与此项研究）表示对该研究印象深刻，认为这是“分子编程技术、动态DNA纳米技术，以及体外合成生物学领域的一次重大进步”。此外，由于科学家认为早期生命是在DNA的近亲——RNA的基础上形成的，因此索洛韦伊奇克补充道，“我们发现了诸如DNA和RNA的核酸物质具有一种新的、意想不到的行为方式，这将有助于我们更加了解生命的起源。”