DNA運算

DNA運算（DNA computing，或譯DNA計算）是一種電腦運算形式，利用DNA、生物化學以及分子生物學原理，而非傳統上以硅為基礎的電腦技術。

DNA運算，或更广泛的说，分子運算，是一個新出現的交叉學門領域。此领域内研究热点包括理论、实验和DNA运算的应用。

历史

DNA运算最先由南加州大学的伦纳德·阿德曼在1994年实现。^[1]Adleman演示了一种将DNA应用于解决七点哈密頓路徑問題的概念验证方法。自Adleman的实验以后，学界又取得了许多进展，多种图灵机被证明是可行的。^[2] ^[3]

尽管一开始的研究热点集中在解决P/NP问题，但人们旋即意识到此类问题并不是DNA运算的最佳应用场合，以致有多种意见要求寻找杀手级应用。1997年，计算机学家 Mitsunori Ogihara和生物学家Animesh Ray一道提出了一种组合逻辑电路的评价方法，并描绘了实现方法。^[4]^[5] 2002年，来自Weizmann Institute of Science的研究者公开了一种由DNA分子和酶，而不是硅组成的计算机器。^[6] 2004年3月28日，Weizmann Institute的Ehud Shapiro, Yaakov Benenson, Binyamin Gil, Uri Ben-Dor,和Rivka Adar在自然杂志上发表文章称，他们实现了一种整合了输入输出的DNA计算机，理论上可以实现细胞内的癌症诊断，并释放抗癌药物。DNA分子由四种碱基组成，通过酶改变他们的排列可以进行计算。^[7]^[8] 近日，英国科学家成功的在一小团DNA中存储了大量文件，并成功读取。^[9]

参考文献

^ L. M. Adleman. Molecular computation of solutions to combinatorial problems. Science. 1994-11-11, 266 (5187): 1021–1024 [2018-04-02]. ISSN 0036-8075. doi:10.1126/science.7973651. （原始内容存档于2018-01-31）（英语）. — 第一篇DNA运算文章.描述分立的哈密頓路徑問題.参阅: 存档副本 (PDF). [2005-11-21]. （原始内容 (PDF)存档于2005-02-06）.
^ Dan Boneh, Christopher Dunworth, Richard J. Lipton, Jir̆í Sgall. On the computational power of DNA. Discrete Applied Mathematics: 79–94. [2018-04-02]. doi:10.1016/s0166-218x(96)00058-3. （原始内容存档于2018-06-04）. — 描述布尔可满足性问题.参阅: 存档副本 (PDF). [2011-10-14]. （原始内容 (PDF)存档于2012-04-06）.
^ Lila Kari, Greg Gloor, Sheng Yu. Using DNA to solve the Bounded Post Correspondence Problem. Theoretical Computer Science. January 2000, 231 (2): 192–203 [2011-10-22]. （原始内容存档于2008-04-18）. 参阅: http://www.csd.uwo.ca/~lila/pdfs/Using%20DNA%20to%20solve%20the%20Bounded%20Post%20Correspondence%20Problem.pdf （页面存档备份，存于互联网档案馆）
^ M. Ogihara and A. Ray, "Simulating Boolean circuits on a DNA computer" （页面存档备份，存于互联网档案馆）. Algorithmica 25:239–250, 1999.
^ "In Just a Few Drops, A Breakthrough in Computing" （页面存档备份，存于互联网档案馆）, 纽约时报, May 21, 1997
^ Lovgren, Stefan. Computer Made from DNA and Enzymes. National Geographic. 2003-02-24 [2009-11-26]. （原始内容存档于2003-02-26）.
^ Shu, Jian-Jun; Wang, Q.-W.; Yong, K.-Y. DNA-based computing of strategic assignment problems. Physical Review Letters. 2011, 106 (18): 188702. doi:10.1103/PhysRevLett.106.188702.
^ Shu, Jian-Jun; Wang, Q.-W.; Yong, K.-Y.; Shao, F.; Lee, K.J. Programmable DNA-mediated multitasking processor. Journal of Physical Chemistry B. 2015, 119 (17): 5639–5644. doi:10.1021/acs.jpcb.5b02165.
^ Yaakov Benenson, Binyamin Gil, Uri Ben-Dor, Rivka Adar, Ehud Shapiro. An autonomous molecular computer for logical control of gene expression. Nature. 2004/05, 429 (6990): 423–429 [2018-04-02]. ISSN 1476-4687. doi:10.1038/nature02551. （原始内容存档于2019-02-15）（英语）. 请检查|date=中的日期值 (帮助). Also aviable here: 存档副本 (PDF). [2013-10-23]. （原始内容 (PDF)存档于2012-04-02）.

參見

肽運算（Peptide computing）
平行運算（Parallel computing）
量子運算（Quantum computing）
MAYA II

外部連結

How Stuff Works explanation（页面存档备份，存于互联网档案馆）
Physics Web（页面存档备份，存于互联网档案馆）
Ars Technica（页面存档备份，存于互联网档案馆）
A Bibliography of Molecular Computation and Splicing Systems
NY Times DNA Computer for detecting Cancer（页面存档备份，存于互联网档案馆）
Bringing DNA computers to life, in Scientific American
Japanese Researchers store information in bacteria DNA

[1] L. M. Adleman. Molecular computation of solutions to combinatorial problems. Science. 1994-11-11, 266 (5187): 1021–1024 [2018-04-02]. ISSN 0036-8075. doi:10.1126/science.7973651. （原始内容存档于2018-01-31）（英语）. — 第一篇DNA运算文章.描述分立的哈密頓路徑問題.参阅: 存档副本 (PDF). [2005-11-21]. （原始内容 (PDF)存档于2005-02-06）.

[2] Dan Boneh, Christopher Dunworth, Richard J. Lipton, Jir̆í Sgall. On the computational power of DNA. Discrete Applied Mathematics: 79–94. [2018-04-02]. doi:10.1016/s0166-218x(96)00058-3. （原始内容存档于2018-06-04）. — 描述布尔可满足性问题.参阅: 存档副本 (PDF). [2011-10-14]. （原始内容 (PDF)存档于2012-04-06）.

[3] Lila Kari, Greg Gloor, Sheng Yu. Using DNA to solve the Bounded Post Correspondence Problem. Theoretical Computer Science. January 2000, 231 (2): 192–203 [2011-10-22]. （原始内容存档于2008-04-18）. 参阅: http://www.csd.uwo.ca/~lila/pdfs/Using%20DNA%20to%20solve%20the%20Bounded%20Post%20Correspondence%20Problem.pdf （页面存档备份，存于互联网档案馆）

[4] M. Ogihara and A. Ray, "Simulating Boolean circuits on a DNA computer" （页面存档备份，存于互联网档案馆）. Algorithmica 25:239–250, 1999.

[5] "In Just a Few Drops, A Breakthrough in Computing" （页面存档备份，存于互联网档案馆）, 纽约时报, May 21, 1997

[6] Lovgren, Stefan. Computer Made from DNA and Enzymes. National Geographic. 2003-02-24 [2009-11-26]. （原始内容存档于2003-02-26）.

[7] Shu, Jian-Jun; Wang, Q.-W.; Yong, K.-Y. DNA-based computing of strategic assignment problems. Physical Review Letters. 2011, 106 (18): 188702. doi:10.1103/PhysRevLett.106.188702.

[ShuDNAGPS-8] Shu, Jian-Jun; Wang, Q.-W.; Yong, K.-Y.; Shao, F.; Lee, K.J. Programmable DNA-mediated multitasking processor. Journal of Physical Chemistry B. 2015, 119 (17): 5639–5644. doi:10.1021/acs.jpcb.5b02165.

[shapiro_cancer-9] Yaakov Benenson, Binyamin Gil, Uri Ben-Dor, Rivka Adar, Ehud Shapiro. An autonomous molecular computer for logical control of gene expression. Nature. 2004/05, 429 (6990): 423–429 [2018-04-02]. ISSN 1476-4687. doi:10.1038/nature02551. （原始内容存档于2019-02-15）（英语）. 请检查|date=中的日期值 (帮助). Also aviable here: 存档副本 (PDF). [2013-10-23]. （原始内容 (PDF)存档于2012-04-02）.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]