基于DNA构成的生物电路有着极其广泛和重要的医学应用

由合成DNA构成的生物电路有着极其广泛和重要的医学应用。尽管这项技术还处于早期阶段，但这种方法已经被用于制造诊断癌症和识别内伤的测试，如创伤性脑损伤、失血性休克等。此外，合成的生物回路可以用来精确地将药物输送到细胞中，并根据需要提供特定的剂量。

生物回路的可能应用数量是巨大的，为它们确定适当的化学反应所需的计算也是如此。但由于新改进的软件程序，现在设计这些电路将更容易。最近发表在IEEE Design & Test上的一项研究对这一进展进行了描述。

南马托格罗索联邦大学（Universida de Federal de Mato Grosso do Sul，UFMS）计算机系兼职教授Renan Marks参与了这项研究。他的团队最初创建了一个名为DNAr的软件程序，研究人员可以用它来模拟各种化学反应，然后设计新的生物电路。在他们最近的工作中，他们为这个程序开发了一个软件扩展，称为DNAr-Logic，它允许科学家在高层次上描述他们想要的电路。该软件对逻辑电路进行高级描述，并将其转换为可以在DNA链中合成的化学反应网络。

Marks表示，他的团队的新软件扩展的一个优点是，它将使科学家们更加专注于电路的设计，而不是担心化学连锁反应的计算和细节。他们可以使用DNAr-Logic来设计和模拟（生物电路），而无需事先掌握化学知识，也无需手工编写模拟其动态行为所需的数百个反应和微分方程 —— 该软件将化学反应细节的负担从科学家的肩上卸了下来。

他的团队在一系列模拟中测试了新软件。“结果表明，逻辑电路可以完美地设计、模拟和测试，”Marks表示，并指出了他们能够使用DNAr-Logic设计出一些能够产生多达600种不同反应的合成生物电路。

然而，在医学应用中充分实现这一技术仍然存在许多障碍。一个悬而未决的问题是，由松散的DNA链组成的生物回路可能会发生“泄漏反应”。这是指某些DNA链可能无意中与溶液中的其他DNA链发生反应，从而导致错误的“计算”。Marks承认，“尽管泄漏反应等问题仍需解决，合成生物电路有着巨大的潜力。这一新的研究领域开启了无限的可能性，”他说。

同时，Marks还表示；“今后，我计划继续开发新的扩展，以扩展DNAr软件的新功能，其他研究人员可以依赖这些新功能。此外，我还计划使用DNAr作为一个框架，协助研究和开发基于算法的新电路，以帮助卫生专业人员更快地诊断疾病，并在卫生治疗中更有效。”

编辑：jq