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郑大学者初步解决“DNA模型检测”问题

时间:2018-04-12 22:12:27    来源:中报网 朱颜北    浏览次数:    我来说两句() 字号:TT

中报网讯 (朱颜北)近日,郑州大学信息工程学院朱维军副教授、周清雷教授开发出一种利用DNA分子实施计算的新方法,可求解著名的模型检测问题,系列成果从2016到2018年先后发表在《计算机学报》、《电子学报》、《国际生物医学研究》等杂志。

与电子计算机相比,DNA计算机在存储、计算、效能等诸多方面具有超乎想象的巨大潜力,对未来国家安全和基于“大数据”的经济社会发展具有十分重大的战略意义。因此,DNA计算机的研制成为各国争相竞争的一个科技制高点。

计算机与其它计算工具的一个主要区别在于通用性。而衡量计算机通用性的一个重要标准,在于它是否可以解决“复杂计算问题”。通俗地说,复杂计算问题是一个抽象计算问题集合,其中每一个抽象计算问题都对应着现实世界千千万万的具体计算问题,正是因为计算机可以解决复杂计算问题(抽象计算问题集合),所以它在现实世界中也就拥有了无穷无尽的应用。

模型检测就是其中一个重要的抽象计算问题。对于传统电子计算机而言,求解模型检测轻而易举;然而对于DNA计算机而言,虽然图灵奖(国际最高计算机奖,有计算机诺贝尔奖之俗称)得主Emerson教授早在2006年就提出了“DNA模型检测”问题,但转眼十年过去,国际上始终未见关键技术突破,这就直接导致了现实世界存在数量多如牛毛的一大类具体应用暂时无法用DNA计算机处理。

在朱维军副教授、周清雷教授的牵头下,来自郑州大学计算理论与先进计算技术研究室、郑州大学食管癌防治省部共建国家重点实验室(筹)、郑州大学基础医学院、美国印第安纳普度大学生物信息系、河南智慧城市规划与建设专业委员会的多位研究人员组成跨国、跨学科、校企联合研究团队,经过多年潜心研究,发现可以利用DNA分子之间的特异性杂交,实现DNA模型检测。

课题组首先为DNA分子设计合适的编码,把抽象计算问题的输入数据用DNA编码来表达;然后在一定的生化条件下,选取不同的DNA分子按照一定的逻辑流程实施退火杂交;最后获得的生成物分子,其携带的DNA编码信息,就是抽象计算问题的正解。课题组经过长期大量实验,最终证实了这一方法的有效性。

“工作不错!”国际DNA计算领军人许进教授这样评价这项研究。信息科学顶级学术期刊《电子学报》匿名审稿专家则给出评论意见认为:“这是对DNA计算学科的新贡献!”

新方法的应用前景不仅限于“DNA计算”这一新概念计算机领域,而且还可应用于重大基因疾病研究。“我们目前正在致力于探索新方法在癌症极早期分子诊疗、基因修复中的应用”,联合课题组基础医学合作方负责人、郑州大学食管癌防治省部共建国家重点实验室(筹)副主任冯常炜教授表示。“这项研究可望对提升癌症患者的生存率产生显著影响”,联合课题组美方负责人、美国印第安纳普度大学H WU博士持谨慎乐观态度。“我们专委会全程参与了此项工作,未来一旦时机成熟,我们将在第一时间把实验室走出来的相关成果应用于智慧医疗产业,以造福更多人”,河南智慧城市规划与建设专业委员会秘书长周帅邑对记者说。

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