用作爲生命藍圖的DNA計算，並根據它進行疾病診斷的「DNA電腦」的研究正在取得進展。東京大學校長藤井輝夫 (研究時任教授)等人研發出了透過微量血液早期診斷癌症的DNA電腦要素技術。到2050年，DNA電腦可能被用於診斷各類疾病。
DNA電腦與醫療領域的親和性高，有望應用於癌症的早期診斷等（供圖：東京大學）
DNA是由被稱爲鹼基的4種（A、T、G、C）分子構成雙螺旋結構。在生物活體內，以DNA的鹼基序列爲基礎，將序列轉錄到RNA（核糖核酸），或者合成蛋白質等多種生命現象都是自主進行的。其起源就是來自A和T、G和C這類互補的鹼基相互連接。這種生命現象可視作一種運算處理。
DNA電腦正是利用了這一原理。運算無需大功率的電力，還可透過多個DNA進行並行運算。雖被稱爲電腦，但從外觀上看只是在溶液中使DNA發生反應的「試管」。這是一種使用人工合成DNA的技術，不會對人活體內的遺傳資訊等產生影響。
此次開發出來的是判斷癌症的標誌——微RNA這種遺傳資訊物質在血液中含有多少的DNA電腦運算電路。透過試管内的化學反應將微RNA的濃度轉換爲DNA的濃度，從而得出結果。根據哪種類型的微RNA出現增加來判斷是否患有癌症。
首先，將與待測的微RNA連接在一起的、擁有鹼基序列的模板DNA放入試管中，用酶使微RNA延伸。隨後，用其它酶剪切與經過延伸的微RNA相結合的DNA。即使是不同的微RNA，也設法使延伸的DNA具有同樣的鹼基序列。整套系統設計成如果微RNA的濃度高，就能檢測出延伸的DNA，如果濃度低則檢測不出的形式。
這種方法可判斷10種微RNA中是否有5種以上在試管中。利用酶的反應，可以做到從此前的DNA電腦難以做到的幾百pmol（1pmol爲10-12mol）的低濃度中檢測出延伸的DNA。由此可準確檢測出血液中RNA。
研究團隊還研發出了一種能製造數萬滴由模板DNA、酶和各種濃度的微RNA等組成的液滴的元件。液滴中產生一系列的化學反應後，可以獲取到與所加入的兩種微RNA濃度相對應的輸出模式。
癌症的診斷僅靠1～2種微RNA是難以進行的，而此次研發的技術可以很容易地計算出多個微RNA的濃度之和以及濃度比。微RNA與多種疾病相關，此方法也有可能應用於阿茲海默症和血液疾病的早期診斷。但另一方面，產業應用、精度的驗證和系統化等還存有課題。
相關論文已刊登在英國科學雜誌《自然》上。藤井校長表示：「我們將DNA作爲資訊載體，實施了多階段操作。這爲利用DNA進行資料整合打下了基礎。」
還有用作資訊記錄媒體的應用
DNA電腦由美國電腦科學家倫納德·阿德曼於1994年首次證實。他在閱讀DNA雙螺旋結構的發現者——詹姆斯·華生博士的教科書時，注意到了電腦和DNA的相似性。例如在資料的保存和運算上，電腦使用0和1，而DNA使用4種鹼基。
阿德曼用DNA電腦解決了以最短的距離走遍多個城市的「巡迴推銷員問題」。當時的DNA電腦雖然可在瞬間完成計算，但推導出以DNA鹼基序列等形式呈現結果的化學反應則需要幾天時間。
真正開始研究始於2010年左右。由於人工合成DNA技術的進步，以低價製造出用於計算的任意鹼基序列DNA成爲可能。此時的DNA電腦能進行復雜運算，並能快速導出運算結果。
此外，將DNA用作資訊記錄媒體的研究也在推進之中。美國微軟公司和美國華盛頓大學於2019年研發出了將電子位元自動轉換、保存、復原爲DNA的器件。1g DNA可保存200PB(1PB爲1015Byte)以上的資料，且可保存數千年以上。
日文：藤井寬子、《日經產業新聞》、2022/11/4
中文：JST客觀日本編輯部
