合成生物電路時，往往需要進行大量計算才能確定生物電路中的化學反應。簡單來說，如果想要合成有應用價值的生物電路，必須具備專業的化學知識。

現在，巴西聯邦南馬托格羅索州大學（Federal University of South Mato Grosso）計算學院兼職教授 Renan Marks 改進了一款可以設計生物電路（Biological circuits）的軟件程序，即便沒有化學知識儲備的人也能利用該軟件，輕松設計出生物電路。

這項研究論文發表已于近日發表在《IEEE 設計與測試》上，論文詳細闡述了這款合成生物電路軟件的研究進展。

生物電路的化學反應，指的是在電路設計過程中 DNA 鏈的合成和斷裂。具體來說，就是研究人員設計的合成 DNA 鏈，以恰當濃度在試管內進行混合，然后形成模擬電路，當分子鏈接形成和打破的時候，進行加、減、乘運算，然后將其轉換為可以在 DNA 鏈中合成的化學反應網絡。

Marks 的團隊此前開發了一款名為 DNAr 的軟件程序，用戶可以用其模擬各種化學反應、設計新生物電路。在這項研究中，研究團隊對該軟件進行了改進，他們為 DNAr 開發了一個擴展程序 ——DNAr-Logic，利用這款擴展程序科學家可以設計更高級、更復雜的生物電路。

具體來說，科學家只需描述想設計的生物電路，輸入 DNAr-Logic，就能自動轉化為可以在 DNA 鏈中合成的化學反應網絡。

為了證明新軟件的有效性，Marks 的團隊進行了一系列的測試。Marks 說：“結果表明，DNAr-Logic 能夠設計多種類型的生物電路，產生多達 600 多種化學反應。總之，DNAr-Logic 可以滿足設計、模擬和測試生物電路等需求。”

在 DNAr-Logic 的幫助下，科學家在設計生物電路時，可以把更多的精力放在對生物電路的優化上，而不是擔心化學鏈式反應的計算和細節。

“不懂化學知識的科學家也可以使用 DNAr-Logic 設計和模擬生物電路 ，同時也不需要手寫數百個反應和微分方程來模擬生物電路的動態行為。這款軟件可以幫科學家‘減負’，讓他們可以從大量復雜的化學計算中脫身出來”，Marks 這樣描述新擴展程序的優勢。

不過，在醫學應用中，想要完全依賴 DNAr-Logic 設計生物電路，還面臨著一些問題。

例如， 由松散的 DNA 鏈組成的生物電路可能會發生 “泄漏反應”（leak reactions），這是指某些 DNA 鏈可能會與溶液中的其他 DNA 鏈發生反應，從而導致錯誤 “計算”。

對此，Marks 表示：“雖然諸如‘泄漏反應’之類的問題仍然需要解決，但是合成生物電路有巨大潛力，這個新的研究領域開辟了無限的可能性。我們計劃以 DNAr 為框架，對軟件進行新的擴展，以協助研究和開發基于算法的新生物電路，這些算法可以幫助醫護人員更快地診斷疾病，以及更有效地治療疾病。”

盡管基于合成生物學的生物電路技術還處于早期階段，但其具有廣泛而重要的醫學應用。生物電路技術可以用于診斷癌癥、檢測內部損傷，如創傷性腦損傷、失血性休克等。

生物電路技術還可以于藥物遞送，如生物電路技術修飾過的細胞，可以精確、定量地靶向病灶。

責任編輯：haq