走近未来的DNA计算机

DNA计算机的概念和主要特点 利用特定的DNA结构--DNA核酶可以构建各种DNA分子逻辑门,这为DNA计算机的发展奠定了基础.DNA计算是计算机科学和分子生物学相结合而发展起来的新兴研究领域.而DNA计算机是一种生物形式的计算机.它是利NDNA（脱氧核糖核酸）建立的一种完整的信息技术形式，以编码的DNA序列（通常意义上计算机内存）为运算对象，     

东南西北

人工智能有突破 据悉,科学家正在探讨利用遗传物质DNA研制一种全新概念的计算机。专家预计,这种计算机的运算速度和信息存储容量均大大高于目前的电子计算机。 科学家提出DNA计算机的原理是,DNA分子中的密码相当于存储的数据,DNA分子之间可以在某种酶的作用下瞬间完成生物化学反应,从一种基因代码变为另一种基因代码。反应前的基因代码可以作为输入的数据,反应后的基因代码可以作为运算结果,如果控制得当,那么就可利用这种过程制成一种新型计算机。     

DNA计算机

脱氧核糖核酸（简称DNA）是生物体内的一种具有双螺旋结构的遗传物质,用DNA可以进行运算,即构成的DNA计算机能很快地求解复杂的问题;以DNA编码为信息的载体,DNA计算机中的输入和输出设备都是DNA的,链用一系列二进制的数代表所求问题中的变量,用DNA中特有的寡核苷酸序列表示这些二进制的数,再将DNA利用分子生物和化学组装技术组装到芯片上,利用DNA杂交化学方法,排除各种代表不正确解的寡核苷酸序列,最后通过聚合酶链式反应（PCR）和各种检测技术读出保留在芯片上的DNA序列,读出的DNA序列所代表的二进制数即为所求问题的解,本文将从DNA运算过程入手,介绍DNA计算机的原理和DNA计算机的若干最新研究进展。     

2000年世界重大科技新闻

美国威斯康星一麦迪逊大学的科学家开发出一种用于制造脱氧核糖核酸(DNA)计算机的新技术，能将DNA分子的活性范围限制在固体表面来执行运算。美国普林斯顿大学的科学家研制出一种简单的核糖核酸(RNA)生物计算机，它实际上是一个含有1024种不同RNA链的试管，用其计算数学问题，答案正确率令人满意。     

DNA计算及DNA计算机的研究进展

概述了DNA计算的基本原理、DNA计算的应用和DNA计算机的研究进展及存在问题，基于DNA生化反应的计算机称为DNA计算机，由于其采用一种完全不同于传统计算机的运算逻辑与存贮方式，DNA计算机在解决某些复杂问题时具有传统计算机无法比拟的优势，目前国际上关于DNA计算和DNA分子生物计算机的研究方兴未艾，极大地推进了DNA计算机的研究过程。     

利用发夹结构分子实现栈式结构的DNA计算模型

为使DNA计算机能像电子计算机一样解决数据的组织与存储问题, 提出了一种利用发夹结构分子实现栈式数据结构的DNA计算模型,描述了数据的存储和组织方式以及元素入栈、 出栈等操作的生物操作过程。经验证, DNA计算模型求解数据的组织问题是可行的, 有助于DNA计算机走向实际应用。     

世界科技平台

以色列 DNA计算机以色列研制的首台可编程的自动操作生物计算机,一滴水竟可容纳一万亿个!它使用人造DNA为“软件”,输入和输出数据都是DNA链,而负责代码读取、复制和制作的则是两种天然酶,运算速度达到每秒10亿次,精确度高达99.8％。它耗能极小,可作为监视装置植入人体细胞,当检测到潜在的病变时自动合成有针对性的药物予以治疗。它还能以并行方式筛选DNA资料库,大大提高检索效率。     

改进的生物DNA图谱识别技术研究

生物DNA图谱的拍摄容易受到仪器、周围环境等各种因素的干扰,当前方法的生物DNA图谱识别效果不佳。现提出一种改进的生物DNA图谱识别方法。根据采集得到的DNA图谱结构特征,将生物DNA图谱输入多层迭代分割网络中,采集输入生物DNA图谱的局部特征,对采集到的特征进行层层迭代处理,得到更高级特征。利用卷积能够区分细小特征这一优势,将最终获取的特征转换成卷积操作。将该结果看作是输入生物DNA图谱的表征并进行分类,实现生物DNA图谱识别。实验结果表明,采用所提方法对生物DNA图谱进行识别,能够在很大程度上提高生物DNA图谱识别的准确性。     

生物DNA图谱中干扰下的特征识别与分割

生物DNA图谱的拍摄容易受到仪器、周围环境等各种因素的干扰,当前方法的生物DNA图谱识别效果不佳,提出一种改进的生物DNA图谱识别方法,根据采集得到的DNA图谱结构特征,将生物DNA图谱输入多层迭代分割网络中,采集输入生物DNA图谱的局部特征,对采集到的特征进行层层迭代处理,得到更高级特征,利用卷积能够区分细小特征这一优势,将最终获取的特征转换成卷积操作,将该结果看作是输入生物DNA图谱的表征,可有效去除粘黏干扰,依据该特征进行分类,实现生物DNA图谱识别。实验结果表明,采用所提方法对生物DNA图谱进行识别,能够在很大程度上提高生物DNA图谱识别的准确性。     

基于中心法则的可逆运算新逻辑

针对计算机的弊病〖CD2〗运算的不可逆性, 提出了一种新构想: 将生物计算机、 纳米计算机和传统计算机的实现原理以及结构特点有机地结合,设想了一种仿真生物纳米计算器的新逻辑, 以实现运算的可逆性. 基本实现思想如下： 用硬件模拟的DNA（脱氧核糖核酸）反义链作为信息载体, 遵循基因控制蛋白质合成的中心法则, 对应可以形成多种进制(例如: 二进制、 四进制、 八进制、 十六进制以及六十四进制)逻辑规则, 并利用遗传学原理进行可逆性运算.     

生物电脑的最新进展

评述了半导体芯片计算机的致命弱点，综述了生物电脑的基本工作原理、应用前景以及最新进展。     

计算机的发展

简要介绍了计算机的发展历程，探讨了当前正在发展的生物计算机的机理及其功能，阐述了我国巨型机的开发情况。     

A DNA sequence alignment algorithm using quality information and a fuzzy inference method

DNA sequence alignment algorithms in computational molecular biology have been improved by diverse methods. In this paper, we propose a DNA sequence alignment that uses quality information and a fuzzy inference method developed based on characteristics of DNA fragments and a fuzzy logic system in order to improve conventional DNA sequence alignment methods that uses DNA sequence quality information. In conventional algorithms, DNA sequence alignment scores are calculated by the global sequence alignment algorithm proposed by Needleman-Wunsch, which is established by using quality information of each DNA fragment. However, there may be errors in the process of calculating DNA sequence alignment scores when the quality of DNA fragment tips is low, because only overall DNA sequence quality information are used. In our proposed method, an exact DNA sequence alignment can be achieved in spite of low quality of DNA fragment tips by improvement of conventional algorithms using quality information. Mapping score parameters used to calculate DNA sequence alignment scores are dynamically adjusted by the fuzzy logic system utilizing lengths of DNA fragments and frequencies of low quality DNA bases in the fragments. From the experiments by applying real genome data of National Center for Biotechnology Information, we could see that the proposed method is more efficient than conventional algorithms.     

A DNA sequence alignment algorithm using quality information and a fuzzy inference method

DNA sequence alignment algorithms in computational molecular biology have been improved by diverse methods. In this paper, we propose a DNA sequence alignment that uses quality information and a fuzzy inference method developed based on the characteristics of DNA fragments and a fuzzy logic system in order to improve conventional DNA sequence alignment methods that uses DNA sequence quality information. In conventional algorithms, DNA sequence alignment scores are calculated by the global sequence alignment algo- rithm proposed by Needleman-Wunsch, which is established by using quality information of each DNA fragment. However, there may be errors in the process of calculating DNA sequence alignment scores when the quality of DNA fragment tips is low, because only the overall DNA sequence quality information are used. In our proposed method, an exact DNA sequence alignment can be achieved in spite of the low quality of DNA fragment tips by improvement of conventional algorithms using quality information. Mapping score param- eters used to calculate DNA sequence alignment scores are dynamically adjusted by the fuzzy logic system utilizing lengths of DNA fragments and frequencies of low quality DNA bases in the fragments. From the experiments by applying real genome data of National Center for Biotechnology Information, we could see that the proposed method is more efficient than conventional algorithms.     

真核生物DNA连接酶Ⅲ的功能演化

DNA连接酶Ⅲ被认为只存在于脊椎动物,并在细胞核DNA的修复和线粒体DNA的复制和修复过程中发挥功能.虽然近来有关于无脊椎动物中存在着DNA连接酶Ⅲ的报道,但其功能演化及在无脊椎动物中的分布仍不清楚.为进一步探讨DNA连接酶Ⅲ的功能演化,进行了数据库搜索、线粒体定位信号(MLS)预测和功能位点保守性分析等.研究结果显示:DNA连接酶Ⅲ在变形虫、动物界和领鞭毛虫中广泛存在,但其在真菌界等发生整个蛋白或部分结构域的丢失;很多物种的DNA连接酶Ⅲ不含线粒体定位信号,因此,它们不太可能在线粒体中发挥作用,而参与细胞核DNA的修复是DNA连接酶Ⅲ较为古老和保守的功能.     

New field of cryptography： DNA cryptography

The vast parallelism, exceptional energy efficiency and extraordinary information density inherent in DNA molecules are being explored for computing, data stor- age and cryptography. In such research area, novel computers, data storage and cryptography mi…     

天麻DNA分子的克隆与鉴定及其生物信息学分析

运用随机扩增多态性DNA（RAPD）技术测定天麻DNA指纹图谱,从中选择需要的特异DNA片段．经过DNA回收、克隆与鉴定,获得目的DNA阳性克隆．通过DNA测序和生物信息学分析确定目的DNA的新颖性及其所含的生物信息．应用PCR技术研究了该DNA序列在天麻种群中的分布．结果表明,该DNA序列是新发现的,而且含有丰富的生物学信息,值得进一步研究．本研究成果为天麻基因组DNA的开发与利用提供了科学依据,可应用于天麻种群的遗传分类,对其他经济植物包括药用植物的相关研究具有借鉴意义．     

红树林土壤环境DNA提取和纯化方法比较

探讨适合红树林土壤环境DNA的提取及纯化方法,筛选出可以提取到高质量且物种覆盖度广的环境DNA的方法。本研究通过多种方法提取和纯化红树林土壤环境DNA,并进行物种覆盖度(细菌、真菌、底栖无脊椎动物、植物、线虫)的比较评估。用6种方法提取红树林潮间带林下土壤环境DNA,并使用2种方法对DNA进行纯化;用不同物种类群的通用引物进行PCR扩增,评估各种方法提取和纯化的环境DNA的物种覆盖度。结果显示,不同方法提取DNA的效率有一定的差异,但2种方法纯化前后DNA的质量并没有显著差异;5种试剂盒方法提取的DNA均可以有效扩增出细菌和无脊椎动物的DNA;DNeasy PowerSoil试剂盒提取的DNA扩增植物引物结果最佳;来自不同区域红树林土壤的DNA在扩增真菌对应引物时差异较大;2种试剂盒直接提取的DNA可以有效扩增出线虫的DNA。本研究为今后基于环境DNA技术研究红树林生物多样性工作的顺利开展提供科学依据,奠定了一定的基础。     

Newly replicated DNA is associated with DNA topoisomerase II in cultured rat prostatic adenocarcinoma cells

DNA topoisomerases have been proposed to function in a variety of genetic processes in both prokaryotes and eukaryotes. Here, we have assessed the role of DNA topoisomerase II in mammalian DNA replication by determining the proximity of newly synthesized DNA to covalent enzyme-DNA complexes generated by treating cultured rat prostatic adenocarcinoma cells with teniposide. Teniposide (VM-26), an epipodophyllotoxin, is known to interact with mammalian DNA topoisomerase II so as to trap the enzyme in a covalent complex with DNA. We have found that the teniposide-induced trapping of such complexes requires MgCl2, is stimulated by ATP and is inhibited by novobiocin. The formation of covalent complexes seems to be reversible on removal of teniposide. Furthermore, analysis of the covalent complexes formed between 3H-thymidine pulse-labelled DNA and topoisomerase II following teniposide treatment reveals a direct association of the enzyme with nascent DNA fragments. Our results suggest that DNA topoisomerase II may interact with newly replicated daughter DNA molecules near DNA replication forks in mammalian cells.     

DNA计算技术进展

论述DNA计算技术进展。先介绍DNA计算的基本原理,论述DNA计算的特点方法和存在的问题,接着介绍DNA计算的国内外研究现状,最后指出DNA计算研究中需要解决的问题。