英科學(xué)家發(fā)明DNA快速檢測箱　20分鐘得結(jié)果

醫(yī)案日記 2023-06-15 19:30:43

英科學(xué)家發(fā)明DNA快速檢測箱　20分鐘得結(jié)果

新華社倫敦３月３日電據(jù)此間媒體３日報道

，英國科學(xué)家發(fā)明了一種ＤＮＡ快速檢測箱

。它能將復(fù)雜的實驗過程濃縮在２０分鐘內(nèi)完成，病人則隨時得到準確的化驗結(jié)果

，從而贏得治療時機

。

據(jù)報道

，這個研究成果最初是來自英國國防部的一個研究項目。檢測器采用的是多聚酶鏈反應(yīng)技術(shù)

，這是一種提取和放大ＤＮＡ片段最簡單的方法

。樣本中的ＤＮＡ片段與生化酶一起經(jīng)過加熱冷卻后，會生成數(shù)十億個ＤＮＡ拷貝

，這將便于儀器的檢測

。檢測箱里的加熱裝置由一種特殊塑料制成。有了它

，原先只能在實驗室里完成的加熱工作

，就可以在野外完成了。

英國波頓當(dāng)軍事基地已經(jīng)利用這種ＤＮＡ快速檢測箱檢測軍事基地中是否有炭疽菌等生化武器的存在

，以便在危險到來時作出快速反應(yīng)

。只要將采集到的樣本放進檢測器里，按下開關(guān)

，等待２０分鐘就可以看到檢測結(jié)果

。醫(yī)院有了這種ＤＮＡ快速檢測箱，病人就不用花幾個星期等待化驗結(jié)果

。目前，科學(xué)家已經(jīng)開始研究新一代的ＤＮＡ快速檢測箱

。他們說

，有朝一日，檢測箱會變成檢測盒

，人人都可以像帶手機一樣

，把它揣在兜里。醫(yī)學(xué)和食品檢測機構(gòu)也看好這種ＤＮＡ快速檢測箱的發(fā)展前景

。如果海關(guān)配備了這種檢測箱

，就會為預(yù)防口蹄疫和禽流感的蔓延增加一道有效防線。

2010年4月，英國科學(xué)家成功將人類受精卵細胞核中的遺傳物質(zhì)移植到另一個去核受精卵
，而幾乎沒有帶入線粒

細胞呼吸的場所是細胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體

，A錯誤

；
B、受精卵的細胞核內(nèi)遺傳物質(zhì)雙親各占一半

，細胞質(zhì)中的遺傳物質(zhì)幾乎全部來自母方

，因此發(fā)育成的個體一定攜帶父親的遺傳物質(zhì)，B錯誤

；
C

、進行無氧呼吸的細胞不一定沒有線粒體，如酵母菌進行無氧呼吸時

，線粒體也存在于細胞內(nèi)

，C錯誤；
D

、人沒有葉綠體

，線粒體是人體內(nèi)唯一具有雙層膜結(jié)構(gòu)的細胞器，D正確．
故選：D．

DNA計算機的研究進展

2011年10月

，英國

，用細菌研制出生物邏輯門
這是有史以來最先進的“生物電路”。這種生物邏輯門是模塊化的

，它們可以被安裝在一起

，從而為未來建立更復(fù)雜的生物處理器鋪平了道路。
2011年9月

，美國

，用生物計算機摧毀癌細胞
這種生物計算機能夠進入人類細胞。通過對5種腫瘤特異性分子進行邏輯組合分析識別出特異癌細胞

，從而觸發(fā)癌細胞的毀滅過程

。這一成果為開發(fā)出特異的抗癌治療奠定基礎(chǔ)。
2011年7月

，以色列

，用生物計算機探測多種不同類型分子
這種生物計算機能同時自動探測多種不同類型的分子，可用于診斷疾病

、控制藥物釋放

，實現(xiàn)診斷治療一體化。
2009年

，美國

，用大腸桿菌研制成細菌計算機
這種細菌計算機可解決復(fù)雜數(shù)學(xué)問題。且速度遠快于任何以硅基礎(chǔ)的計算機

。
2007年

，美國，用DNA計算機實現(xiàn)RNA干擾機制
這種DNA計算機可進行基本邏輯工作

，能夠應(yīng)用于人工培養(yǎng)的腎細胞

?div id="jfovm50" class="index-wrap">？茖W(xué)家將源于其他物種的單siRNA分子導(dǎo)入細胞，該DNA計算機能使編譯某種熒光蛋白的目標(biāo)基因關(guān)閉

。
2006年

，美國，用DNA計算機快速準確診斷禽流感病毒
這種DNA計算機能夠更快

、更準確地檢測西尼羅河病毒和禽流感病毒

，以及其他疾病。
2005年

，以色列

，用DNA計算機運行10億種由DNA軟件分子設(shè)計的程序
這種DNA計算機采用了新的溶液處理工藝等技術(shù)，能夠運行10億種用DNA軟件分子設(shè)計的程序

，有潛力覺察到細胞中與多種癌癥有關(guān)的異常信使RNA

。為癌癥診斷提供信息。
2004年

，中國

，第一臺DNA計算機在上海交大問世
這種DNA計算機是在以色列魏茨曼研究所的DNA計算機的基礎(chǔ)上進行改進后完成，其中包括用雙色熒光標(biāo)記對輸入與輸出分子進行同時檢測

，用測序儀對自動運行過程進行實時監(jiān)測

，用磁珠表面反應(yīng)法固化反應(yīng)提高可控性操作技術(shù)等，可在一定程度上完成模擬電子計算機處理0

，1信號的功能

。
2003年，美國

，世界首臺可玩游戲的互動式DNA計算機問世
這種DNA計算機主要以生化酶為計算基礎(chǔ)來運算簡單游戲

。
2002年2月，DNA計算機的研究則更進一步

，日本奧林巴斯（Olympus）公司宣布

，該公司與東京大學(xué)聯(lián)合開發(fā)出了全球第一臺能夠真正投入商業(yè)應(yīng)用的DNA計算機。他們開發(fā)的這種DNA計算機有分子計算組件和電子計算機部件兩部分組成

。前者用來計算分子的DNA組合，以實現(xiàn)生化反應(yīng)

，搜索并篩選出正確的DNA結(jié)果

，后者則可以對這些結(jié)果進行分析。據(jù)息

，今年將正式投入商業(yè)化應(yīng)用

。
2001年11月，以色列科學(xué)家成功研制成世界第一臺DNA計算機

，它的輸出

、輸入和軟硬件全由在活性有機體中儲存和處理編碼信息的DNA分子組成

。該計算機不過一滴水大小，比較原始

，也沒有任何相關(guān)應(yīng)用產(chǎn)生

，但這是未來DNA計算機的雛形。次年

，研究人員又作了改進

，吉尼斯世界記錄稱之為“最小的生物計算設(shè)備”。
2000年

，以色列

，世界上第一臺DNA計算機問世
這是世界上第一臺成型的DNA計算機，可以解決一些相對復(fù)雜的運算問題

。在當(dāng)時它沒有什么實際用途

，但它代表著DNA計算機已經(jīng)邁出科幻時代，并成為現(xiàn)實中一種初露端倪的技術(shù)

。
2000年

，美國威斯康星麥迪遜大學(xué)的科學(xué)家在簡化和按比例放大這種技術(shù)方面邁出了重要一步，他們采取了不同于阿德勒曼和其他先驅(qū)者所進行的試管實驗的辦法

，把DNA固定到了一塊鍍金的玻璃載片（一種DNA芯片）上

。其他研究人員則希望把DNA計算技術(shù)送回活的細胞中。在英國

，一些科學(xué)家開展了在轉(zhuǎn)基因細胞內(nèi)部模擬計算機邏輯電路的研究

。
1994年，美國

，DNA計算機概念首次提出
科學(xué)家用一支裝有特殊DNA的試管

，解決了著名的“推銷員問題”：有n個城市，一個推銷員要從其中某一個城市出發(fā)

，唯一走遍所有城市

，再回到他出發(fā)的城市，求最短的路線

。這個問題在當(dāng)時即使用最快的半導(dǎo)體來推算

，也需要至少兩年以上的時間，但是科學(xué)家用DNA計算只花了7天時間

，令人嘆為觀止

，從而開辟了DNA計算機研究的新紀元。
1994年11月

，美國計算機科學(xué)家L.阿德勒曼（Leonard M. Adleman）用一種非同尋常的方式—DNA方式

，解決了一個非常著名問題—哈密爾敦直接路役問題，俗稱“售貨員旅游問題”。其基本內(nèi)容是：假定有一個售貨員必須向他經(jīng)過的每一座城市推銷產(chǎn)品

，但是為了節(jié)約時間

，每座城市他只能途徑一次，路徑不能重復(fù)

，而且路徑最短

，而這個問題就是讓你為這個推銷員設(shè)計這樣一條路徑。
隨著城市數(shù)目的增加

，問題會變的越來越困難

。隨著難度的增加，要搜索到正確的路徑就需要更加強大的計算能力

，最終會復(fù)雜到需要運用目前最先進的超級計算機

。當(dāng)城市數(shù)目達到上百個時，即使最快的超級計算機也“望洋興嘆”

，計算量可想而知

。但是，利用DNA計算

，問題迎刃而解

。
阿德勒曼教授就是根據(jù)DNA分子信息表達的啟發(fā)，他巧妙地利用DNA單鏈代表每座城市及城市之間的道路

，并為順序編碼

；這樣，每條道路“粘性的兩端”就會根據(jù)DNA組合的生物化學(xué)規(guī)則與兩座正確的城市相連

。然后

，他在試管中把這些DNA鏈的副本混合起來，它們以各種可能組合連接在一起

，經(jīng)過一定時間的一系列的生化反應(yīng)

，便能找出解決問題的唯一答案，即只經(jīng)過每座城市一次的順序最短的DNA分子鏈

。
科學(xué)家認為

，由于硅工業(yè)領(lǐng)域材料尺寸限制，傳統(tǒng)的電子技術(shù)在2020年后的某個時候?qū)⑦_到物理極限

，因此

，尋求新的替代技術(shù)具有非同尋常的意義。盡管阿德勒曼的實驗僅僅解決了7座城市的問題

，然而這個問題的解決

，突破了晶體硅材料的尺寸限制，使傳統(tǒng)的計算方法以前很難解決或根本無法解決的問題將變得輕而易舉

，開創(chuàng)了在分子水平進行計算的先例，成為分子計算領(lǐng)域的里程碑。
阿德勒曼的成功

，引起世界各國科學(xué)家極大關(guān)注

，1995年，來自各國的200多位有關(guān)專家一起進一步探討了DNA計算機的可行性

，認為DNA分子間在酶的作用下

，某基因代碼通過生物化學(xué)的反應(yīng)可以轉(zhuǎn)變成為另一種基因代碼，轉(zhuǎn)變前的基因代碼可以作為輸入數(shù)據(jù)

，反應(yīng)后的基因代碼作為運算結(jié)果

。利用這個過程完全可以制造新型的生物計算機。DNA計算技術(shù)被認為是代替?zhèn)鹘y(tǒng)電子技術(shù)的各種新技術(shù)中主要候選技術(shù)

。
DNA計算機已經(jīng)成為當(dāng)前世界許多國家科研人員研究的熱點之一

，而且取得了突破性進展，但主要還處在理論研究和應(yīng)用探索階段

。

英國科學(xué)家Sanger因發(fā)明了鏈終止DNA測序法而再獲諾貝爾獎．通過向DNA復(fù)制體系中加入能夠終止新鏈延伸的某

（1）DNA分子兩條鏈之間通過氫鍵連接

，所以實驗操作的第一步是通過加熱破壞從而使DNA分子的雙鏈打開，在細胞中這是在解旋酶的作用下完成的．
（2）根據(jù)堿基互補配對原則

，由于模板鏈的堿基序列是ATGATCCTG

，所以對應(yīng)合成的最長新鏈的堿基序列是TACTAGGAC．
（3）據(jù)圖分析，要通過以上操作精確地測出DNA鏈上每一個堿基的位置

，電泳分離結(jié)果必須能把長度只差一個堿基（或脫氧核苷酸）的DNA鏈區(qū)分開來．
（4）由于鳥嘌呤G與胞嘧啶C配對

，所以要從電泳結(jié)果直接讀出上圖模板鏈中鳥嘌呤的位置，進行以上操作時

，必須加入帶標(biāo)記的胞嘧啶脫氧核苷酸類似物．由于模板鏈上只有2個鳥嘌呤

，所以擴增后將產(chǎn)生2種帶標(biāo)記的新鏈．
（5）由于經(jīng)過3次操作可以測出DNA片段的一條鏈上三種堿基的位置，剩下空位就是第四種堿基的位置

；再根據(jù)堿基互補配對原則

，可推知DNA另一條鏈的堿基順序．因此，采用鏈終止法測定一段DNA雙鏈中的全部堿基順序

，最少要按圖中所示模式操作3次．
故答案為：
（1）氫鍵?解旋酶
（2）TACTAGGAC
（3）長度只差一個堿基（或脫氧核苷酸）的DNA鏈
（4）①加入胞嘧啶脫氧核苷酸類似物（或ddCMP）
②2種因為模板鏈上只有2個鳥嘌呤（或新鏈上只有2個胞嘧啶）
（5）經(jīng)過3次操作可以測出DNA片段的一條鏈上三種堿基的位置

，剩下空位就是第四種堿基的位置；再根據(jù)堿基互補配對原則

，可推知DNA另一條鏈的堿基順序

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