先进的化学振荡器提供新的分子控制水平

时间：2021-07-19 18:52:10 来源：

图片由艾拉玛鲁工作室和科迪齿轮礼貌

遵循具体说明的DNA分子可以提供更精确的合成化学系统的分子控制，这是一个开放工程师的门的发现，以创造具有新的和复杂行为的分子机器。研究人员使用系统方法创造了化学放大器和化学振荡器，该系统方法具有潜力，可以在专为医疗保健，先进材料和纳米技术应用中设计的分子系统内嵌入复杂的电路计算。

长期以来一直研究了化学振荡器，由工程师和科学家研究过。发现了控制人类昼夜节律 - 我们的身体日夜节奏的化学振荡器的研究人员 - 赢得了2017年诺贝尔生理学或医学奖。

虽然了解化学振荡器和其他生物化学过程的显着发展，但科学家不足以控制活细胞的化学活性。这是领先的工程师和科学家转向综合振荡器，该振荡器在测试管中而不是细胞中工作。

在新的研究中，奥斯汀德克萨斯大学德克萨斯大学Cockrell工程学院David Soveichik和他的研究团队通过建立了遵循具体说明的DNA分子来编程合成振荡器和其他系统。

Soleveichik是Cockrell School of电脑工程系中的助理教授，以及加州理工学院的研究生和研究生，以及该研究的共同作者，成功地建造了一系列化学品使用DNA组分的振荡器 - 没有蛋白质，酶或其他细胞组分 - 证明单独的DNA能够复杂的行为。

据研究人员称，他们的发现表明DNA可以远远超过仅用于携带遗传信息的被动分子。“DNA可以以更积极的方式使用，”Sovoveichik说。“我们实际上可以让它舞蹈 - 如果你愿意，有节奏。这表明核酸（DNA和RNA）可能比我们想象的更重要，甚至可以告知我们对生命起源的理解，因为通常认为早期生命完全基于RNA。“

团队的新型合成振荡器可以在合成生物学或完全人造细胞中使用一天，确保某些过程按顺序发生。但振荡只是复杂的分子行为的一个例子。超越振荡器，这项工作打开了工程师的门，以创造出更复杂的分子机器出来的DNA。取决于分子机器的编程方式，可以产生不同的行为，例如通信和信号处理，解决问题和决策，运动控制等 - 通常仅归因于电子电路的电路计算类型。

“作为工程师，我们非常擅长建立复杂的电子产品，但生物学使用细胞内的复杂化学反应，以做出许多相同种类的东西，如做出决策，”Sopoveichik说。“最终，我们希望能够与细胞的化学电路交互，或者修复故障电路甚至重新编程它们以进行更大的控制。但在接近术语中，我们的DNA电路可用于编程无细胞的化学系统的行为，该化学体系合成复杂分子，诊断复杂的化学签名并响应其环境。“

该团队通过构建具有特定编程语言的DNA分子来开发他们的新振荡器，产生可重复的工作流程，可以产生其他复杂的时间模式并响应输入化学信号。他们将他们的语言编制到精确的互动 - 电子领域的标准做法，但在生物化学中完全新颖。

该团队的研究是作为国家科学基金会（NSF）分子规划项目的一部分，该项目于2008年推出，作为教师合作，以开发分子规划成一种复杂，用户友好和广泛使用的技术，用于创建纳米级设备和系统。

NSSUSIN团队的工作提供了NSF，NSF，海军研究办公室，国家健康研究院和戈登和贝蒂摩尔基金会。

出版物：Niranjan Srinivas等，等，“无酶核酸动力系统”，Science，2017年：卷。 358，第6369号，EAAL2052; DOI：10.1126 / science.aal2052

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