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可满足性问题生物砖翻转细胞计算模型
  • ISSN号:0254-4164
  • 期刊名称:《计算机学报》
  • 时间:0
  • 分类:TP301[自动化与计算机技术—计算机系统结构;自动化与计算机技术—计算机科学与技术]
  • 作者机构:[1]北京大学信息科学技术学院高可信软件技术教育部重点实验室,北京100871
  • 相关基金:本课题得到国家自然科学基金(60974112,60910002,60971085,61100055)资助.
中文摘要:

细胞内丰富的信息处理机制和细胞计算的巨并行性一直吸引着科学家构建细胞计算机.科学家利用细胞内的信息处理机制开发了不少模仿简单电子器件功能的细胞计算部件,如细胞布尔逻辑门、细胞记忆单元等,但这些部件没有充分利用细胞计算的巨并行性特点.DNA重组酶Hin能催化DNA片段的翻转反应,通过切换DNA片段的方向来调控基因的表达.该文利用DNA重组酶Hin的这一性质,以合成生物学中广泛使用的生物砖为材料,以大肠杆菌Escherichia coli为宿主细胞,以DNA重组酶Hin为计算工具,构建了一个解决可满足性问题的细胞计算模型.该模型中,每个细胞可独立地生成并判定可满足性问题的一个解,数以亿计的细胞可检查数以亿计的可能解.该模型充分利用细胞计算的巨并行性,显示了细胞计算的巨大潜力.

英文摘要:

Scientists have been trying to construct cell computers because of the diversity of information-processing mechanisms within a cell and the vast parallelism of cellular computing. Based on the information-processing mechanisms within a cell, scientists have successfully con- structed many cellular computing devices such as Boolean logic gates and memory elements which simulated the functions of simple electronic devices. However, these cellular computing devices ignored the vast parallelism of cellular computing. This study has constructed a cellular compu- ting model which can solve Satisfiability Problem in Escherichia coli using Biobricks. Biobricks are widely used in synthetic biology. The site-specific DNA recombinase Hin, which can mediate inversion of DNA segments that represent variables, was used to produce the solution. In this model, each cell can produce and examine a solution of Satisfiability Problem. As a result, billions of cells can explore billions of possible solutions. This model makes full use of the vast parallelism of cellular computing. It is demonstrated that cellular computing may pave the way to address NP-complete problem using the inherent advantages of cells.

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期刊信息
  • 《计算机学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国计算机学会 中国科学院计算技术研究所
  • 主编:孙凝晖
  • 地址:北京中关村科学院南路6号
  • 邮编:100190
  • 邮箱:cjc@ict.ac.cn
  • 电话:010-62620695
  • 国际标准刊号:ISSN:0254-4164
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1826/TP
  • 邮发代号:2-833
  • 获奖情况:
  • 中国期刊方阵“双效”期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国数学评论(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:48433