利用强大的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最近开发了一种新方法，可以使用强大的DNA分子计算方法来测量分子信号的变化。该方法为模拟分子计算研究和识别时间模式奠定了基础，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，并在自己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。虽然原理简单，但系统往往非常强大和复杂。解码困难的原因之一是很难找到信号分子并测量其浓度的变化。

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。它是基于一个单链DNA可以替代双链DNA中的另一个DNA，并且可以被完美的工具精确控制。

这些工具可以将“位移链式反应”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——，这反映了它是开还是关。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。研究人员已经证明了位移链式反应如何执行复杂的计算，甚至模仿深度学习网络的能力。

芝加哥大学的新研究总结了DNA回路可以感知特定信号的存在及其随时间变化的方式。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。研究人员使用抽象的化学反应网络和模拟的脱氧核糖核酸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，例如开发脱氧核糖核酸折纸药丸，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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