上海應物所等在DNA計算方面取得進展

 近日，中國科學院上海應用物理研究所物理生物學研究室與丹麥奧胡斯大學合作，在基于DNA納米結構的數學運算方面取得了新進展，建立了基于組合學原理的DNA計算器原型。相關結果發表在《自然·通訊》雜志上（Nature Communications, 2015, 6, 10089），該雜志同時發布了報道（Press release）。
　　DNA分子具有強大的序列可編程性及精確的分子識別能力，被認為是發展下一代生物計算機的理想材料。1994年，圖靈獎獲得者Leonard Adleman教授首次提出了DNA計算的思想，展示了DNA分子強大的平行計算能力。然而，現有的原型DNA計算機往往存在輸入輸出不一致、信號串擾、運算效率低等問題，并且缺乏直觀的輸出模式，其運算過程與結果往往難以解讀，限制了DNA計算領域的發展。
　　上海應物所柳華杰、樊春海等研究人員與Kurt Gothelf教授合作，提出了基于組合學原理建立類似“查找表”的全新DNA計算模式，顯著提高了DNA計算的效率。在計算機科學中，使用查找表可以避免復雜運算過程中的多級邏輯運算。DNA構建的查找表具有超大的變量容納能力。例如，8個堿基的DNA序列理論上具有48=65，536種編碼形式。而利用DNA強大的平行計算能力則可以高效地訪問查找表。研究人員以乘法運算為例對該模式進行了演示，并采用了類似電子計算器的可視化數字輸出形式。運算結果以明確的數字結果在多尺度的顯示器上均可以得到解讀。這一DNA計算模型具有模塊化設計的特點，有望通過設計人性化的輸入、計算、輸出等模塊，成為一種適合于普通用戶的原型DNA計算機，并在生物傳感、數據存儲與處理等方面得到應用。