DNA分子自動機(jī)網(wǎng)絡(luò).pdf

1、2001年至2004年,以色列魏茲曼研究所的Benenson博士提出利用DNA分子構(gòu)造能夠在細(xì)胞內(nèi)自動執(zhí)行基因診斷治療的自動機(jī)。這種同時植根于傳統(tǒng)計(jì)算理論和新興DNA計(jì)算理論的全新設(shè)想,沖破了傳統(tǒng)診斷治療的理念,將DNA計(jì)算帶進(jìn)前所未有的應(yīng)用空間。在詳細(xì)分析Benenson自動機(jī)模型的基礎(chǔ)上,我們認(rèn)識到僅依靠分子自動機(jī)實(shí)現(xiàn)“細(xì)胞醫(yī)生”是不夠的?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)表明,疾病的發(fā)生并非單個基因?qū)е?而是許多基因在特定環(huán)境下形成復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)共同作用的

2、結(jié)果。這就決定了“細(xì)胞醫(yī)生”應(yīng)該從多基因之間的相互作用出發(fā)做出相應(yīng)的診斷?；谶@樣的考慮,我們在本論文中提出DNA分子自動機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念。在網(wǎng)絡(luò)中,節(jié)點(diǎn)是分子自動機(jī),邊是自動機(jī)之間的控制關(guān)系。而利用分子自動機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行診斷類似于醫(yī)院中的會診。在本文中,我們提出三種分子自動機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型,并將此分子自動機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于模擬基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中。此工作對于未來建立分子自動機(jī)網(wǎng)絡(luò)的細(xì)胞診斷機(jī)制具有重要意義。 第二章,我們通過引入II B型限制性內(nèi)切酶P

3、piI和一種全新的重復(fù)性內(nèi)切酶識別位點(diǎn)技術(shù)RRS,構(gòu)建出基于DNA計(jì)算的分子正向推理模型。整個分子推理過程可以實(shí)現(xiàn)自動化,并可擴(kuò)展應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)分子自動機(jī)之間多對多的觸發(fā)式通信中。 第三章,我們通過結(jié)合Whiplash PCR技術(shù)和脫氧合酶技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動機(jī)網(wǎng)絡(luò)之間的布爾邏輯的調(diào)控,這是一種比觸發(fā)式通信更為復(fù)雜而重要的控制機(jī)制。此機(jī)制可以用于模擬基因網(wǎng)絡(luò)中基因之間的調(diào)控行為。由于分子自動機(jī)網(wǎng)絡(luò)在監(jiān)控和診斷基因調(diào)控行為上具有潛在作用,此項(xiàng)

4、工作對于未來實(shí)現(xiàn)體內(nèi)“分子醫(yī)生”也具有重要意義。 第四章,在客觀分析上面模型優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上,我們提出了一種基于Whiplash PCR和RRS的改進(jìn)的分子自動機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型。該模型在DNA實(shí)現(xiàn)上除需外界溫度控制外無其他人工操作,并且廢鏈可回收再利用,基本實(shí)現(xiàn)了自動化運(yùn)算。在闡述方法之后,我們還針對一個結(jié)腸癌局部基因網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建出用于模擬其內(nèi)部邏輯調(diào)控行為的分子自動機(jī)網(wǎng)絡(luò),并對此網(wǎng)絡(luò)中的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模和計(jì)算機(jī)模擬。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)動力