量子计算DNA分析的未来吗?

DNA测序技术,即。,确定订单核苷酸碱基的DNA分子,是个性化药物和疾病诊断的核心,然而,即使是最快的技术需要几个小时,或几天,去读一个完整的序列。现在,一项多机构研究小组由科学与工业研究协会(日本三垦)大阪大学已经开发出一种技术,基因组分析可能导致一个新的范式。

DNA序列的核苷酸碱基顺序安排,即。,这四个字母的编码信息无价的有机体的正常运转。例如,更改的身份只是一个核苷酸的数十亿核苷酸对在人类基因组中可能会导致严重的疾病。快速和可靠地读取DNA序列的能力是必要一些紧急快速的决定,比如如何进行一个特定的化疗治疗。不幸的是,基因组分析为经典计算机仍然是具有挑战性的,在这种情况下,量子计算机显示的承诺。量子计算机使用量子比特而不是“0”和“1”的古典电脑,促进一个指数增加计算速度。

在最近发表的一项研究物理化学学报B目的,研究人员使用一个量子计算机区分从其他三个核苷酸腺苷分子。使用量子编码来识别单核苷酸分子是一个必要的DNA测序的终极目标的第一步,这是研究人员试图解决这个问题。

“使用量子电路,我们展示了如何检测核苷酸只从单个分子的测量数据,“Masateru谷口解释说,该研究的第一作者。“这是第一次一个量子计算机已连接到单个分子的测量数据,并演示使用量子计算机在基因组分析的可行性。”

研究人员利用电极与纳米检测单个核苷酸之间的差距。的输出电流与时间的腺苷一磷酸核苷酸不同于其他三个核苷酸。这是由于电子的传导路径核苷酸和电极之间依赖于核苷酸的化学结构。量子门,这是设计的基础,是为每个核苷酸分子指纹。

“电导的变化取决于每个核苷酸分子旋转模式,是独一无二的,”Tomofumi说恩,这项研究的资深作者。“在当前的设置中,歧视其他三个核苷酸的磷酸腺苷不一定是简单,但是DNA测序可能通过设计量子盖茨这些核苷酸。”

这项工作具有广泛的和令人兴奋的应用前景:药物发现的进步,癌症诊断和传染病研究的几个例子预计随着超高速基因组分析。

参考:谷口M, Ohshiro T漏掉T .单分子核苷酸使用量子计算机的识别。B J物理化学。2023;127 (30):6636 - 6642。doi:10.1021 / acs.jpcb.3c02918

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