利用大腸埃希菌製成細菌計算機

2021-05-04 03:30:24 字數 838 閱讀 8212

利用大腸埃希菌製成細菌計算機

運算速度遠高於以矽為基礎的計算機

就在科技界還在無休止地爭論上網本與膝上型電腦的優劣之際,合成生物學家已將傳統電腦遠遠拋在了身後。乙個美國科學家團隊利用經巧妙設計的大腸埃希菌,製成了可解決複雜數學問題的細菌計算機,且速度遠快於任何以矽為基礎的計算機。此項發表在《生物工程》雜誌上的研究證明,細菌也可用於解決如「漢彌爾頓路徑問題」這樣的複雜數學難題。

漢彌爾頓路徑問題是指,譬如有10個城市,從北京出發,以上海為目的地,不重複走遍所有10個城市的最短路線。這個看似簡單的問題要解決起來其實超乎想象的複雜。因為從北京到上海的所有可能路線組合高達350萬條,普通計算機要找出其中最短的路線需要花很長的時間,因為它一次只能嘗試一條。而一台由數百萬細菌組成的計算機則能同時考慮每一條路徑。隨著時間的推移,細菌的繁殖不斷增加,其計算能力還能繼續提高。

然而,對這種細菌計算機進行程式設計可不是一件容易的事。研究人員通過改變大腸埃希菌的dna,將該數學問題簡化為只有3個城市的版本並加以編碼。這些城市由一系列會令細菌發出紅光或綠光的基因組合代表,而城市間可能的途徑由dna的隨機排序進行搜尋。產生正確答案的細菌會同時發出兩種顏色的光,從而將之變成黃色。

科學家們通過檢查dna序列來校對黃色細菌所給出的答案。通過使用一些額外的基因差異——比如對特定抗生素的抗性,該研究小組認為,他們的方法可擴充套件為解決包含更多城市的問題。

當然,這還不是細菌計算機能夠解決的唯一問題。此項研究建立在該研究小組以往的研究成果之上,研究人員在去年曾研製了乙個用以解決「翻煎餅問題」的細菌計算機。「翻煎餅問題」簡單說就是要把一疊不同大小、半面焦且金黃焦面向下的煎餅,利用乙隻翻鏟,將每一焦面全部向上,同時將最大片的置於底部,最後計算出此一問題的可能解答數。

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