[發明專利]細菌細胞運算器以及細胞計算機

有效

• 申請號: 201710023230.3
• 申請日: 2017-01-12
• 公開（公告）號: CN106802784B
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 陳梅
• 申請（專利權）人: 中央民族大學
• 主分類號: G06F7/50
• 分類號: G06F7/50;G06F19/20
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙)11371
• 代理人: 張海洋

技術領域

本發明涉及細胞計算機領域，尤其是涉及一種細菌細胞運算器以及細胞計算機。

背景技術

細胞計算機的構建是當前的一個研究熱點。然而，由于細胞的結構簡單，細胞計算機的構建遭遇規模的瓶頸，而構建分布式細胞計算系統是解決這一問題的有效方法。

分布式細胞計算系統利用細胞通信原理實現細胞封裝策略，以便于構建執行復雜功能的細胞計算機。圖1是細胞封裝策略的原理示意圖，從圖中可以看出，細胞封裝策略的核心是將多個功能劃分到不同的細胞，每個細胞只實現一個特定功能，通過連接線(化學信號)連接各功能模塊組成系統。細胞封裝策略的優點包括：(1)功能分布于單個細胞能提高模塊復用性并減少構建基因線路時的不可預測性；(2)多層連接可過濾噪音。

分布式細胞計算系統的代表性成就為Tamsir等人2011年利用大腸桿菌構建的多細胞計算系統，該系統能實現所有的雙輸入單輸出邏輯運算。但是，目前分布式細胞計算系統還處于萌芽狀態，科學家構建的分布式細胞計算系統的功能還非常有限。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種細菌細胞運算器以及細胞計算機，能夠進行加法邏輯運算，從而實現了分布式細胞加法器。

第一方面，本發明提供了一種細菌細胞運算器，包括第一細胞、第二細胞和第三細胞；

所述第一細胞中包括與門響應器，當向所述與門響應器同時輸入第一輸入物質和第二輸入物質時，所述與門響應器輸出信號分子；

所述第二細胞中包括信號分子響應器，當所述信號分子響應器感應到所述信號分子時，所述信號分子響應器輸出第一輸出物質；

所述第三細胞中包括或門響應器和重組酶響應器，當向所述或門響應器輸入第一輸入物質或第二輸入物質時，所述或門響應器輸出第二輸出物質；當所述重組酶響應器感應到所述信號分子時，所述重組酶響應器輸出重組酶，所述重組酶能夠抑制所述或門響應器的輸出。

結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中，所述第一細胞、所述第二細胞和所述第三細胞均為E.coli BL21菌株細胞。

結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第二種可能的實施方式，其中，所述第一輸入物質為阿拉伯糖，所述第二輸入物質為異丙基-β-D-硫代吡喃半乳糖苷。

結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第三種可能的實施方式，其中，所述信號分子為細菌群體感應信號分子。

結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第四種可能的實施方式，其中，所述細菌群體感應信號分子為N-?；呓z氨酸內酯。

結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第五種可能的實施方式，其中，所述第三細胞中的基因線路上包括兩個DNA定點重組酶位點，且所述或門響應器的DNA片段位于所述兩個DNA定點重組酶位點之間；

所述重組酶為DNA定點重組酶，能夠抑制所述兩個DNA定點重組酶位點之間的DNA片段發揮作用。

結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第六種可能的實施方式，其中，所述DNA定點重組酶為FLP重組酶，所述DNA定點重組酶位點為FRT位點。

結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第七種可能的實施方式，其中，所述DNA定點重組酶為Cre重組酶；

所述DNA定點重組酶位點為LoxP位點，或者所述DNA定點重組酶位點為Lox71位點和Lox66位點。

結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第八種可能的實施方式，其中，所述第一輸出物質為紅色熒光蛋白，所述第二輸出物質為綠色熒光蛋白。

第二方面，本發明實施例還提供一種細胞計算機，包括若干上述的細菌細胞運算器。

本發明帶來了以下有益效果：本發明提供的細菌細胞運算器中包括三個細胞，并且利用了兩種輸入物質和兩種輸出物質。

當細菌細胞運算器所在的環境中，兩種輸入物質都不存在時，第一細胞中的與門響應器不工作，不輸出信號分子，因而第二細胞中的信號分子響應器也不工作，不會輸出第一輸出物質。第三細胞中的或門響應器也不工作，不輸出第二輸出物質。此時，相當于兩個輸入為0，兩個輸出為0，即0+0＝00。

當向細菌細胞運算器所在的環境中，添加兩種輸入物質中的一種時，第一細胞中的與門響應器不工作，不輸出信號分子，因而第二細胞中的信號分子響應器也不工作，不會輸出第一輸出物質。第三細胞中的或門響應器被激發，輸出第二輸出物質。此時，相當于兩個輸入為0、1或1、0，第一輸出為0，第二輸出為1，即0+1＝01或1+0＝01。