基于DNA構(gòu)成的生物電路有著極其廣泛和重要的醫(yī)學(xué)應(yīng)用

由合成DNA構(gòu)成的生物電路有著極其廣泛和重要的醫(yī)學(xué)應(yīng)用。盡管這項(xiàng)技術(shù)還處于早期階段，但這種方法已經(jīng)被用于制造診斷癌癥和識別內(nèi)傷的測試，如創(chuàng)傷性腦損傷、失血性休克等。此外，合成的生物回路可以用來精確地將藥物輸送到細(xì)胞中，并根據(jù)需要提供特定的劑量。

生物回路的可能應(yīng)用數(shù)量是巨大的，為它們確定適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)反應(yīng)所需的計(jì)算也是如此。但由于新改進(jìn)的軟件程序，現(xiàn)在設(shè)計(jì)這些電路將更容易。最近發(fā)表在IEEE Design & Test上的一項(xiàng)研究對這一進(jìn)展進(jìn)行了描述。

南馬托格羅索聯(lián)邦大學(xué)（Universida de Federal de Mato Grosso do Sul，UFMS）計(jì)算機(jī)系兼職教授Renan Marks參與了這項(xiàng)研究。他的團(tuán)隊(duì)最初創(chuàng)建了一個名為DNAr的軟件程序，研究人員可以用它來模擬各種化學(xué)反應(yīng)，然后設(shè)計(jì)新的生物電路。在他們最近的工作中，他們?yōu)檫@個程序開發(fā)了一個軟件擴(kuò)展，稱為DNAr-Logic，它允許科學(xué)家在高層次上描述他們想要的電路。該軟件對邏輯電路進(jìn)行高級描述，并將其轉(zhuǎn)換為可以在DNA鏈中合成的化學(xué)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。

Marks表示，他的團(tuán)隊(duì)的新軟件擴(kuò)展的一個優(yōu)點(diǎn)是，它將使科學(xué)家們更加專注于電路的設(shè)計(jì)，而不是擔(dān)心化學(xué)連鎖反應(yīng)的計(jì)算和細(xì)節(jié)。他們可以使用DNAr-Logic來設(shè)計(jì)和模擬（生物電路），而無需事先掌握化學(xué)知識，也無需手工編寫模擬其動態(tài)行為所需的數(shù)百個反應(yīng)和微分方程 —— 該軟件將化學(xué)反應(yīng)細(xì)節(jié)的負(fù)擔(dān)從科學(xué)家的肩上卸了下來。

他的團(tuán)隊(duì)在一系列模擬中測試了新軟件?！敖Y(jié)果表明，邏輯電路可以完美地設(shè)計(jì)、模擬和測試，”Marks表示，并指出了他們能夠使用DNAr-Logic設(shè)計(jì)出一些能夠產(chǎn)生多達(dá)600種不同反應(yīng)的合成生物電路。

然而，在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中充分實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)仍然存在許多障礙。一個懸而未決的問題是，由松散的DNA鏈組成的生物回路可能會發(fā)生“泄漏反應(yīng)”。這是指某些DNA鏈可能無意中與溶液中的其他DNA鏈發(fā)生反應(yīng)，從而導(dǎo)致錯誤的“計(jì)算”。Marks承認(rèn)，“盡管泄漏反應(yīng)等問題仍需解決，合成生物電路有著巨大的潛力。這一新的研究領(lǐng)域開啟了無限的可能性，”他說。

同時，Marks還表示；“今后，我計(jì)劃繼續(xù)開發(fā)新的擴(kuò)展，以擴(kuò)展DNAr軟件的新功能，其他研究人員可以依賴這些新功能。此外，我還計(jì)劃使用DNAr作為一個框架，協(xié)助研究和開發(fā)基于算法的新電路，以幫助衛(wèi)生專業(yè)人員更快地診斷疾病，并在衛(wèi)生治療中更有效?！?/p>

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