科學家從細菌與 DNA 創造出運算基石

一項今日發表在 Nature Communications 期刊的研究中，科學家成功證明，他們可利用細菌與DNA替數位裝置建造某些基本元件，為新一代生物運算裝置鋪路。

這些研究者，來自於倫敦帝國學院（Imperial College London），已證明他們能從無害的腸道細菌與 DNA 建造邏輯閘，在電腦與微處理器這樣的裝置中，那被用來處理資訊。這些是科學家有史以來所建立最先進的生物邏輯閘。

Richard Kitney 教授（一位來自倫敦帝國學院合成生物學與創新中心以及生物工程系的共同作者）表示："邏輯閘是我們整個數位時代所立基之矽電路中的根本基石（building blocks）。沒了它們，我們無法處理數位資訊。現在，我們已證明，我們可利用細菌與 DNA 重現這些部件，我希望我們的研究能導致新一代的生物處理器，其在資訊處理中的應用能與它們的電子對應物（counterparts）一樣重要。"

雖然仍有一段漫長的路要走，不過該團隊指出，這些生物邏輯閘有朝一日能成為微型生物電腦的基石。這些裝置可包含在動脈內游動的感應器，偵測有害斑塊的累積，並迅速將藥物傳遞到受影響的區域。其他應用還包括在體內偵測與摧毀癌細胞的感應器以及能夠被部署在環境中的污染監測器，可偵測與中和如砷這樣的危險毒物。

先前的研究僅證明，能夠製造出生物邏輯閘。該團隊表示，其生物邏輯閘較先前嘗試更優之處在於，它們表現得更像它們的電子對應物。這種新生物邏輯閘也模組化了，那意味著它們可拼湊在一起，產生不同類型的邏輯閘，替未來要被建立的、更複雜的生物處理鋪路。

在這項新研究裡，研究者證明這些生物邏輯閘如何運作。在一項實驗中，他們證明生物邏輯閘如何能重現電子邏輯閘藉由 “on" 或 “off" 的切換來處理資訊的方式。

科學家利用一種稱為大腸桿菌（E.Coli）的細菌（那通常可在下消化道中找到）建構一種稱為「AND 閘」的邏輯閘。該團隊利用修改過的 DNA 改造大腸桿菌。這種 DNA 能再程式化大腸桿菌，使其受化學物質刺激時，表現出如同其電子對應物一樣的 on 與 off 切換。

研究者亦能證明，生物邏輯閘可以連接在一起，以類似電子元件所能辦到的方式，形成更複雜的元件。在另一項實驗中，研究者處造出「NOT 閘」，並且將之與 AND 閘結合，形成更複雜的「NAND 閘」。

下個研究階段將看見該團隊試圖開發更複雜的迴路，那包括多重邏輯閘。團隊所面臨的挑戰之一是，尋找一種將多個邏輯閘連在一起的方式（像電子邏輯閘連在一起那樣），使更複雜的資訊處理得以實現。

資料來源:PHYSORG:Scientists create computing building blocks from bacteria and DNA[October 18, 2011]

轉載自only-perception