《Nature》：控制基因表达的DNA计算机

生物谷

以色列科学家运用反义技术 (antisense technologies) 在试管内制造出遵循逻辑原理执行疾病诊断及药物释放的DNA计算机。

早期的生物分子计算机研究 (biomolecular computer research) 着眼于解决复杂计算问题的实验室层级、人为操控的计算机。近期的简单分子层级 (simple molecular-scale) 自动可程序化 (autonomous programmable) 计算机则允许输入与输出信息均为分子型态。这种使用生物分子作为输入数据 (input data)，同时以具有生物活性的分子作为输出 (outputs) 的计算机，可用来生产遵循逻辑原理控制生物程序 (logical control of biological processes) 的系统。

五月二十七日的自然杂志刊登了以色列魏兹曼科学院 (Weizmann Institute of Science) Ehud Shapiro带领的研究小组关于自动生物分子计算机 (autonomous biomolecular computer) 的研究成果。在试管内，他们的DNA计算机可以逻辑分析数种信息RNA (messenger RNA) 的表达量，并依据分析结果释放出能影响基因表达程度的分子。此DNA计算机在接近每毫升含有一兆个计算机的浓度下运作，且包括三个可程序化模块 (programmable modules)：扮演随机分子自动机 (stochastic molecular automaton) 角色的运算模块 (computation module)、以特定信息RNA表达量或点突变调控软件分子浓度，亦即自动机转换机率 (automaton transition probabilities) 的输入模块 (input module)、及可控制一短单股DNA分子释放的输出模块 (output module)。研究小组成功的利用DNA计算机鉴定分析与小细胞肺癌 (small-cell lung cancer) 和前列腺癌 (prostate cancer) 相关基因信息RNA表达量，并根据运算结果释放以抗癌药物模拟出来的单股DNA分子。

此DNA计算机技术可望应用于生化检测、遗传工程、医学诊断与治疗等层面。然而， DNA计算机还需经过细胞悬浮液、组织培养、简单有机体、哺乳动物等测试阶段才能正式用于人体医疗。因此，期待1966年科幻电影《惊异大奇航》(Fantastic Voyage) 情节在现实生活重现的观众们还得耐心等候一阵子。

原文：

1. Benenson Y, Gil B, Ben-Dor U, Adar R, Shapiro E. An autonomous molecular computer for logical control of gene expression. Nature 429: 423-429 (2004).

2. Condon A. Automata make antisense. Nature 429: 351-352 (2004).