[发明专利]细菌细胞运算器以及细胞计算机

说明书

技术领域

本发明涉及细胞计算机领域，尤其是涉及一种细菌细胞运算器以及细胞计算机。

背景技术

细胞计算机的构建是当前的一个研究热点。然而，由于细胞的结构简单，细胞计算机的构建遭遇规模的瓶颈，而构建分布式细胞计算系统是解决这一问题的有效方法。

分布式细胞计算系统利用细胞通信原理实现细胞封装策略，以便于构建执行复杂功能的细胞计算机。图1是细胞封装策略的原理示意图，从图中可以看出，细胞封装策略的核心是将多个功能划分到不同的细胞，每个细胞只实现一个特定功能，通过连接线(化学信号)连接各功能模块组成系统。细胞封装策略的优点包括：(1)功能分布于单个细胞能提高模块复用性并减少构建基因线路时的不可预测性；(2)多层连接可过滤噪音。

分布式细胞计算系统的代表性成就为Tamsir等人2011年利用大肠杆菌构建的多细胞计算系统，该系统能实现所有的双输入单输出逻辑运算。但是，目前分布式细胞计算系统还处于萌芽状态，科学家构建的分布式细胞计算系统的功能还非常有限。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种细菌细胞运算器以及细胞计算机，能够进行加法逻辑运算，从而实现了分布式细胞加法器。

第一方面，本发明提供了一种细菌细胞运算器，包括第一细胞、第二细胞和第三细胞；

所述第一细胞中包括与门响应器，当向所述与门响应器同时输入第一输入物质和第二输入物质时，所述与门响应器输出信号分子；

所述第二细胞中包括信号分子响应器，当所述信号分子响应器感应到所述信号分子时，所述信号分子响应器输出第一输出物质；

所述第三细胞中包括或门响应器和重组酶响应器，当向所述或门响应器输入第一输入物质或第二输入物质时，所述或门响应器输出第二输出物质；当所述重组酶响应器感应到所述信号分子时，所述重组酶响应器输出重组酶，所述重组酶能够抑制所述或门响应器的输出。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述第一细胞、所述第二细胞和所述第三细胞均为E.coli BL21菌株细胞。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述第一输入物质为阿拉伯糖，所述第二输入物质为异丙基-β-D-硫代吡喃半乳糖苷。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述信号分子为细菌群体感应信号分子。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述细菌群体感应信号分子为N-酰基高丝氨酸内酯。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述第三细胞中的基因线路上包括两个DNA定点重组酶位点，且所述或门响应器的DNA片段位于所述两个DNA定点重组酶位点之间；

所述重组酶为DNA定点重组酶，能够抑制所述两个DNA定点重组酶位点之间的DNA片段发挥作用。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述DNA定点重组酶为FLP重组酶，所述DNA定点重组酶位点为FRT位点。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述DNA定点重组酶为Cre重组酶；

所述DNA定点重组酶位点为LoxP位点，或者所述DNA定点重组酶位点为Lox71位点和Lox66位点。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述第一输出物质为红色荧光蛋白，所述第二输出物质为绿色荧光蛋白。

第二方面，本发明实施例还提供一种细胞计算机，包括若干上述的细菌细胞运算器。

本发明带来了以下有益效果：本发明提供的细菌细胞运算器中包括三个细胞，并且利用了两种输入物质和两种输出物质。

当细菌细胞运算器所在的环境中，两种输入物质都不存在时，第一细胞中的与门响应器不工作，不输出信号分子，因而第二细胞中的信号分子响应器也不工作，不会输出第一输出物质。第三细胞中的或门响应器也不工作，不输出第二输出物质。此时，相当于两个输入为0，两个输出为0，即0+0＝00。

当向细菌细胞运算器所在的环境中，添加两种输入物质中的一种时，第一细胞中的与门响应器不工作，不输出信号分子，因而第二细胞中的信号分子响应器也不工作，不会输出第一输出物质。第三细胞中的或门响应器被激发，输出第二输出物质。此时，相当于两个输入为0、1或1、0，第一输出为0，第二输出为1，即0+1＝01或1+0＝01。