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鄭大學者初步解決「DNA模型檢測」問題

商會界(朱顏北)鄭州大學信息工程學院朱維軍副教授、周清雷教授開發出一種利用DNA分子實施計算的新方法,可求解著名的模型檢測問題,系列成果從2016到2018年先後發表在《計算機學報》、《電子學報》、《國際生物醫學研究》等雜誌。

與電子計算機相比,DNA計算機在存儲、計算、效能等諸多方面具有超乎想像的巨大潛力,對未來國家安全和基於「大數據」的經濟社會發展具有十分重大的戰略意義。因此,DNA計算機的研製成為各國爭相競爭的一個科技制高點。

計算機與其它計算工具的一個主要區別在於通用性。而衡量計算機通用性的一個重要標準,在於它是否可以解決「複雜計算問題」。通俗地說,複雜計算問題是一個抽象計算問題集合,其中每一個抽象計算問題都對應著現實世界千千萬萬的具體計算問題,正是因為計算機可以解決複雜計算問題(抽象計算問題集合),所以它在現實世界中也就擁有了無窮無盡的應用。

模型檢測就是其中一個重要的抽象計算問題。對於傳統電子計算機而言,求解模型檢測輕而易舉;然而對於DNA計算機而言,雖然圖靈獎(國際最高計算機獎,有計算機諾貝爾獎之俗稱)得主Emerson教授早在2006年就提出了「DNA模型檢測」問題,但轉眼十年過去,國際上始終未見關鍵技術突破,這就直接導致了現實世界存在數量多如牛毛的一大類具體應用暫時無法用DNA計算機處理。

在朱維軍副教授、周清雷教授的牽頭下,來自鄭州大學計算理論與先進計算技術研究室、鄭州大學食管癌防治省部共建國家重點實驗室(籌)、鄭州大學基礎醫學院、美國印第安納普度大學生物信息系、河南智慧城市規劃與建設專業委員會的多位研究人員組成跨國、跨學科、校企聯合研究團隊,經過多年潛心研究,發現可以利用DNA分子之間的特異性雜交,實現DNA模型檢測。

課題組首先為DNA分子設計合適的編碼,把抽象計算問題的輸入數據用DNA編碼來表達;然後在一定的生化條件下,選取不同的DNA分子按照一定的邏輯流程實施退火雜交;最後獲得的生成物分子,其攜帶的DNA編碼信息,就是抽象計算問題的正解。課題組經過長期大量實驗,最終證實了這一方法的有效性。

「工作不錯!」國際DNA計算領軍人許進教授這樣評價這項研究。信息科學頂級學術期刊《電子學報》匿名審稿專家則給出評論意見認為:「這是對DNA計算學科的新貢獻!」

新方法的應用前景不僅限於「DNA計算」這一新概念計算機領域,而且還可應用於重大基因疾病研究。「我們目前正在致力於探索新方法在癌症極早期分子診療、基因修復中的應用」,聯合課題組基礎醫學合作方負責人、鄭州大學食管癌防治省部共建國家重點實驗室(籌)副主任馮常煒教授表示。「這項研究可望對提升癌症患者的生存率產生顯著影響」,聯合課題組美方負責人、美國印第安納普度大學H WU博士持謹慎樂觀態度。「我們專委會全程參與了此項工作,未來一旦時機成熟,我們將在第一時間把實驗室走出來的相關成果應用於智慧醫療產業,以造福更多人」,河南智慧城市規劃與建設專業委員會秘書長周帥邑說。


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