美利用大肠埃希菌制成细菌计算机
美利用大肠埃希菌制成细菌计算机
就在科技界还在无休止地争论上网本与笔记本电脑的优劣之际,合成生物学家已将传统电脑远远抛在了身后.一个美国科学家团队利用经巧妙设计的大肠埃希菌,制成了可解决复杂数学问题的细菌计算机,且速度远快于任何以硅为基础的计算机.此项发表在《生物工程》杂志上的研究证明,细菌也可用于解决如“汉弥尔顿路径问题”这样的复杂数学难题.
汉弥尔顿路径问题是指,譬如有10个城市,从北京出发,以上海为目的地,不重复走遍所有10个城市的最短路线.这个看似简单的问题要解决起来其实超乎想象的复杂.因为从北京到上海的所有可能路线组合高达350万条,普通计算机要找出其中最短的路线需要花很长的时间,因为它一次只能尝试一条.而一台由数百万细菌组成的计算机则能同时考虑每一条路径.随着时间的推移,细菌的繁殖不断增加,其计算能力还能继续提高.
然而,对这种细菌计算机进行编程可不是一件容易的事.研究人员通过改变大肠埃希菌的DNA,将该数学问题简化为只有3个城市的版本并加以编码.这些城市由一系列会令细菌发出红光或绿光的基因组合代表,而城市间可能的途径由DNA的随机排序进行搜寻.产生正确答案的细菌会同时发出两种颜色的光,从而将之变成黄色.
科学家们通过检查DNA序列来校对黄色细菌所给出的答案.通过使用一些额外的基因差异——比如对特定抗生素的抗性,该研究小组认为,他们的方法可扩展为解决包含更多城市的问题.
当然,这还不是细菌计算机能够解决的唯一问题.此项研究建立在该研究小组以往的研究成果之上,研究人员在去年曾研制了一个用以解决“翻煎饼问题”的细菌计算机.“翻煎饼问题”简单说就是要把一叠不同大小、半面焦且金黄焦面向下的煎饼,利用一只翻铲,将每一焦面全部向上,同时将最大片的置于底部,最后计算出此一问题的可能解答数.
此项研究除了证明细菌计算的能力之外,还为合成生物学领域做出了重要贡献.电子电路由晶体管、二极管及其他元件组成,生物电路也是如此.目前,合成生物学家们已共同创建了《标准生物零件登记簿》,而此项最新研究的成果又为这个登记簿增添了60多个新零件.