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具有多种限制酶的生物分子计算机。

Biomolecular computers with multiple restriction enzymes.

作者信息

Sakowski Sebastian, Krasinski Tadeusz, Waldmajer Jacek, Sarnik Joanna, Blasiak Janusz, Poplawski Tomasz

机构信息

Faculty of Mathematics and Computer Science, University of Lodz, Lodz, Poland.

Logic, Language and Information Group, Department of Philosophy, University of Opole, Opole, Poland.

出版信息

Genet Mol Biol. 2017 Oct-Dec;40(4):860-870. doi: 10.1590/1678-4685-GMB-2016-0132. Epub 2017 Oct 23.

DOI:10.1590/1678-4685-GMB-2016-0132
PMID:29064510
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC5738618/
Abstract

The development of conventional, silicon-based computers has several limitations, including some related to the Heisenberg uncertainty principle and the von Neumann "bottleneck". Biomolecular computers based on DNA and proteins are largely free of these disadvantages and, along with quantum computers, are reasonable alternatives to their conventional counterparts in some applications. The idea of a DNA computer proposed by Ehud Shapiro's group at the Weizmann Institute of Science was developed using one restriction enzyme as hardware and DNA fragments (the transition molecules) as software and input/output signals. This computer represented a two-state two-symbol finite automaton that was subsequently extended by using two restriction enzymes. In this paper, we propose the idea of a multistate biomolecular computer with multiple commercially available restriction enzymes as hardware. Additionally, an algorithmic method for the construction of transition molecules in the DNA computer based on the use of multiple restriction enzymes is presented. We use this method to construct multistate, biomolecular, nondeterministic finite automata with four commercially available restriction enzymes as hardware. We also describe an experimental applicaton of this theoretical model to a biomolecular finite automaton made of four endonucleases.

摘要

传统硅基计算机的发展存在若干局限性,包括一些与海森堡不确定性原理和冯·诺依曼“瓶颈”相关的问题。基于DNA和蛋白质的生物分子计算机在很大程度上没有这些缺点,并且与量子计算机一样,在某些应用中是传统计算机的合理替代方案。魏茨曼科学研究所的埃胡德·夏皮罗团队提出的DNA计算机概念,是将一种限制性内切酶用作硬件,将DNA片段(转换分子)用作软件以及输入/输出信号。这种计算机代表了一种双态双符号有限自动机,随后通过使用两种限制性内切酶进行了扩展。在本文中,我们提出了一种以多种市售限制性内切酶为硬件的多态生物分子计算机的概念。此外,还提出了一种基于使用多种限制性内切酶在DNA计算机中构建转换分子的算法方法。我们使用这种方法构建了以四种市售限制性内切酶为硬件的多态生物分子非确定性有限自动机。我们还描述了这一理论模型在由四种内切核酸酶组成的生物分子有限自动机上的实验应用。

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