[發明專利]利用甲基化進行DNA計算的系統和方法

無效

• 申請號: 200780006346.0
• 申請日: 2007-02-06
• 公開（公告）號: CN101390113A
• 公開（公告）日: 2009-03-18
• 發明（設計）人: N·迪米特羅娃;S·蓋爾
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦電子股份有限公司
• 主分類號: G06N3/12
• 分類號: G06N3/12;C12Q1/68
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 林曉紅

相關申請的交叉引用

申請人要求2006年2月24日提交的臨時申請No.60/776,758的優先權。

本發明涉及使用DNA甲基化確定存在的生物標記和尋找新的生物標 記的系統和方法。本發明的系統和方法用于多種應用，包括分子診斷學、 DNA假設產生和體外實驗。

DNA計算使用DNA和分子生物學，而不是傳統的基于硅的計算機技 術來解決復雜的問題。體積為1cm³的1克DNA可容納100億光盤、大約 750百萬兆字節的信息。

該領域最初由南加利福尼亞大學的Leonard?Adleman研發。1994年， Adleman證實用于解決七點Hamiltonian路徑問題的DNA的概念驗證性使 用作為計算形式。由于最初Adleman的實驗，已經取得進展，多種圖靈機 被證實是可構建的。2004年，Weizmann?Institute的Ehud?Shapiro及研究者 在NATURE雜志宣布他們構建了DNA計算機。該DNA計算機與輸入和 輸出模塊偶聯，能診斷細胞中的癌活性，然后在診斷時釋放抗癌藥物。DNA 計算基本上與并行計算類似，因為其利用DNA的許多不同分子同時嘗試許 多不同的可能性的優點。

DNA甲基化是指包括向胞嘧啶的第5個碳或者腺嘌呤的第6個碳加入 甲基CH₃的技術。DNA甲基化已知是在動物和植物中作為用于基因表達調 控的重要手段的機制。在細菌中，其作為用于保護免受外源DNA攻擊的保 護機制。作為生物學過程，DNA甲基化是可逆的。DNA甲基轉移酶催化 DNA中甲基從S-腺苷基-L-甲硫氨酸向胞嘧啶或腺嘌呤轉移。DNA聚合酶 在復制期間不復制甲基化狀態。

本領域中已知的某些測定法可用作實驗工具用于發育生物學和癌癥領 域中的DNA分析。這些測定法最初用于尋找候選基因的外遺傳或甲基化狀 態和某些生物學過程中候選基因的參與。這些技術可導致鑒定或證實存在 的生物標記或建立新的生物標記。生物標記在通過DNA計算模型區分癌細 胞和健康細胞中起著重要作用。當前，由于不能在現存的DNA上重寫或蓋 寫，該領域中的含水計算(aqueous?computing)受到限制。該限制阻礙了積極 深入研究、遺傳序列的表征、高度復雜問題的解決和診斷活力。因此，一 旦處理了一段DNA，其不能再使用。現有的測定法是不可逆的，限制了其 實用和信息價值。

1994年Adleman的歷史性實驗后，分子計算模型已經接近了不同的 NP-完全問題。(參見，例如Conrad，M.，Information?processing?in?molecular systems.Currents?in?Modern?Biology，1972.5：第1-14頁，Livstone?MS，v.N.D.， Landweber?LF.，Molecular?computing?revisited：a?Moore′s?Law？Trends Biotechnol.，2003.21(3):第98-101頁，Head，T.，One?Mathematician′s?Tour from?Biology?into?Computing?and?Back?to?Life，已投稿，2006)。Lederman等 研發了作為單一溶液中全加器(full?adder)的七個基于脫氧核酶分子邏輯門 的陣列。(參見，例如，Lederman?H，M.J.，Stefanovic?D，Stojanovic?MN.， Deoxyribozyme-Based?Three-Input?Logic?Gates?and?Construction?of?a Molecular?Full?Adder.Biochemistry，2006，Margolin?AA，S.M.，Boolean calculations?made?easy(for?ribozymes).Nat?Biotechnol.，2005)。Liu等披露了 使用基于表面化學的DNA計算機以解決四-變量四-子句3-SAT問題。(參 見，例如，Liu，Q.，Wang，L.，Frutos，A.，Condon，A.E.和Smith，L.M.，DNA computing?on?surfaces.Nature，2000)。