分子计算机计算埃博拉病毒诊断

早期检测是放缓埃博拉暴发的关键,比如目前西非蔓延,据估计,有近1000人感染,根据世界卫生组织最新报告。分子生物医学化验计算机有一天会简化分析像那些用于诊断埃博拉病毒,研究人员说。和一个新的原型设备可以显示荧光信在埃博拉病毒的核酸序列或紧密马尔堡病毒:“E”埃博拉病毒和马尔堡的“M”。¹

识别微生物的一种方法是一个微阵列包含核酸链的互补DNA或RNA在不同的病毒。对于这些测试,医生隔离和放大病毒核酸样本受感染的病人。核酸的纯化样品结合的数组,产生一个信号——通常一个荧光分子。荧光斑点的模式出现在数组,然后计算机解释模式识别中的病毒样本。

分子逻辑

化验使用分子计算机,然而,可以简化生物医学诊断。这种方法结合了分子识别表面出现微阵列和模式识别通常由电子计算机到一个单独的步骤。分子计算机程序集的DNA, RNA与多个分子或蛋白质交互的逻辑门的输入来生成一个输出。

一种类型的逻辑门使用deoxy-ribozymes,或DNAzymes DNA输入转换成荧光labeled-DNA输出。当一个输入核酸单链结合闭环DNAzyme,它触发一个循环结束分离的干细胞DNAzyme。一个DNA链,称为底物,与阀杆,DNAzyme剪底物。劈理的一个产品是短链DNA含有荧光染料。染料现在灯,因为它是分开的另一端衬底的冷却器。

研究人员可以设计DNAzyme结构输入关闭大门,而其他DNAzyme逻辑门需要输入的组合。科学家认为不同类型的分子逻辑闸电路执行计算基于分子输入。

在2006年,乔安妮·麦克唐纳哥伦比亚大学,然后,和她的同事们创建一个使用32 DNA分子和分子计算机128 DNAzyme-logic盖茨计算下一个井字游戏对一个人的对手。²12 dna逻辑闸的另一个电路四位二进制数的平方根计算使用8个输入。³细胞内和分子计算机也可以工作。一圈感觉水平的五个不同的小分子核糖核酸,如果水平匹配那些通常在人宫颈癌细胞发现,电路产生一种蛋白质,这种蛋白质杀死细胞。⁴

清晰的显示

麦克唐纳,现在澳大利亚阳光海岸大学和她的同事们想知道可以联系DNAzyme逻辑门到电路产生一个可见的显示的数字或字母。

她的团队设计的逻辑门应对15-nucleotide段的两个丝状病毒的基因组DNA,埃博拉和马尔堡。序列的马尔堡病毒的出现引发了一DNAzyme裂开一个衬底门链含有绿色荧光染料。

埃博拉病毒的四株,然而,是如此不同,它们并不分享15-nucleotide序列。这意味着检测埃博拉病毒需要一个稍微复杂DNAzyme门。研究人员研制出一种DNAzyme与两个循环:一个检测检测马尔堡序列,和另一个检测序列共有丝状病毒,包括马尔堡和埃博拉病毒的所有菌株。这门被激活只有当filovirus序列存在,但马尔堡序列不是;激活劈开一个衬底链贴着一个粉红色的荧光染料。

接下来,研究人员使用一个电路设计计划安排的两个逻辑门在每个15井的384孔板。他们想要安排来生成一个绿色的“M”的马尔堡输入。添加filovirus序列没有马尔堡序列将生成一个粉红色的“E”的井。孵化后一夜之间井与输入序列,研究人员得到相应的字母使用紫外线输出框。

麦克唐纳说,她的团队正在测试样品的DNAzyme盖茨病毒基因组的合成序列。

在另一项实验中,研究人员建立了一个分子计算机生成的七段显示像那些创建数字数字时钟。他们使用各种组合编码的数字1到9的四个DNA输入。他们创造了一个分子电路,然后适当的显示点燃当输入特定的被添加到油井数量。

本原理工作暗示的可能性做了将来用电脑阅读诊断化验,说米兰Stojanovic哥伦比亚大学的。他是麦当劳博士后顾问从2004年至2012年,但并未参与目前的工作。他兴奋地看到一个清晰的读出过程,否则需要解码芯片上的复杂模式,他认为简单的字母数字显示的概念可以应用到其他类型的分子逻辑。