在否定的逻辑转换中 ， 其对应的电路处理输入信号的方式相反 。 现代微处理器就是将这些标准化的逻辑门电路集成在一起 ， 用于实现各种功能的运算 。
现代电子计算机发展的一个瓶颈问题是关于逻辑电路的微型化 。 电子线路的制造主要是通过大规模的自上而下的方式实现电路元件的微型化 。 这种方式使工程师们不断地操纵更小尺度的物理元件 ， 但它受内在物理定律限制 。
因此 ， 如果能够利用生物分子实现自下而上地构建纳米元件时 ， 在分子水平处理信息 ， 那么就将有望设计出比现代计算机更小更强大的纳米计算机 。
蛋白质替代晶体管实现逻辑计算
理论上 ， 上述广泛应用于硅基计算机逻辑运算概念 ， 也可以用生物分子来实现 ， 即使用功能性生物分子来实现逻辑门的操作 。 在生物分子水平 ， 蛋白质接收不同的化学输入信号 ， 并将产物分子输出 ， 有时蛋白自身的修饰可以看作一种输出 。
实际上 ， 相比于硅基计算机 ， 人体是一台更加强大、巧夺天工的超级计算机 ， 在体内分分秒秒进行着大量的逻辑运算 ， 从而控制生物的新陈代谢、生长、繁殖、应激、行为及思想 。 从这个角度出发 ， 利用生物分子替代电子元件来构建功能强大的生物计算机有巨大的潜力 。
在本研究中 ， 为了设计最基本逻辑门 ， Dokholyan 教授将目光放在了蛋白质粘着斑激酶（FAK）上 ， 这种酶主要参与细胞粘附和运动 ， 与癌症转移密切相关 。
首先 ， 研究人员在编码 FAK 蛋白的基因中引入了一个名为 uniRApr 的雷帕霉素敏感域 ， 以及一个名为 LOV2 的光敏感域 。 这两个结构域分别对雷帕霉素和光做出反应 ， 形成一个双输入的逻辑“或门” 。 也就是说 ， 激活任意结构域均可引起蛋白质反应 。

文章插图

图 | 蛋白质逻辑门（来源：Nature）
随后 ， 研究人员将改造后的基因插入到 HeLa 细胞中 ， 使用共聚焦显微镜在体外进行细胞观察 ， 以及研究光或雷帕霉素刺激对细胞行为的影响 。 结果发现 ， 光或雷帕霉素可以快速激活 FAK ， 导致 HeLa 细胞内部的一系列变化 ， 增强细胞粘附能力 ， 降低运动能力 。
这一研究结果表明 ， 使用化学或光遗传学开关可以对蛋白质的功能进行正向调节 ， FAK 激活可以显著降低细胞外基质活性并降低细胞运动性 。 这项工作为蛋白质功能的精细化调控 ， 以及构建复杂的纳米级计算奠定了基础 。

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（来源：azonano）

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