Full size image (72 KB)
In the next step, we performed evaluation experiments for full DNF and CNF expressions. The connection of the siRNAs and their targets to endogenous input variables is shown in Supplementary Table 2 online. We constructed circuits to evaluate two expressions in DNF form, D1: (A AND B AND C) OR (D AND E) and D2: (A AND C AND E) OR (NOT(A) AND B). The same siRNA (FF3) was
Table 1: Operation of the Boolean evaluator
Full table
We next fused siRNA targets to the 3'-UTR of the LacI repressor27 driven by the cytomegalovirus (CMV) promoter (Fig. 1d) to evaluate a single-clause CNF
Our design framework allows parallel evaluation of an expression and its negation; this can improve the overall performance of the system. When two anticorrelated outputs are produced in parallel, their difference is a better indicator of the process outcome than individual outputs2. For example, a DNF expression e generates an evaluator circuit and a sensory interface that correspond to this expression; the result is judged by output O1. We can construct a parallel circuit where the output O1 is replaced by a repressor that regulates an expression of a different output O2. It is easy to see that when both circuits use the same sensory interface, the output O2 reflects the truth value of the expression NOT(e) and therefore the outputs O1 and O2 are anticorrelated. Table 1c demonstrates this feature for the trivial single-literal expression E1: (D).
This report represents a step toward in vivo programmable decision-making molecular automata by implementation of a computing core that evaluates logic expressions in standard forms. These forms, evaluated using two-level logic circuits, may entail an exponential increase in size for representing certain logic functions relative to multilevel circuits12. However, a reduction in the number of
We propose a sensory mechanism whereby one siRNA mediates the presence, and another the absence, of a given input through direct and opposite regulatory links, with the latter implementing the logic NOT operation12 (Supplementary Fig. 5 online). We envision both activation and inactivation mechanisms of siRNA-like molecules by diverse molecular inputs, as required by the automaton architecture. For example, recent work6 has demonstrated both inhibition and activation of siRNA by a small molecule whereas a DNA automaton2 used distinct subsequences of an mRNA molecule to oppositely regulate two different siRNA-like double-stranded DNA structures. An alternative mechanism would involve only one kind of regulatory link between the input and one of the mediators, with an additional inhibitory interaction between this and the
Implementation of our circuits is challenging as it requires multiple and efficient siRNA structures with minimal crosstalk. We have largely overcome these challenges by using siRNA molecules developed with the help of computer-aided design15. In the future, the utility of such design principles for the construction of automata could be further improved by taking into account the selectivity and efficiency of siRNA-mediators both as sensors and as regulators of gene expression. Ultimately, molecular computing and synthetic biology may create molecular information-processing networks that are better than natural ones in their quantitative performance while permitting novel functionalities.
БИОГРАФИЯ МИСТЕРА СЕЙМОРА КРЭЯ
Сеймор Р.Крей в 1950 году получил степень бакалавра наук електроинженерии в Университете Миннесоты. В 1951 он закончил магистратуру по специальности прикладной математики в этом же Университете.
С 1950 по 1951 годы Крей занимал несколько разных должностей в Ассоциации Инженерных Исследований (ERA), Сент-Пол, Миннесота. В ERA он работал над усовершенствованием ERA 1101 научного компьютера для правительства США. Позже он разработал большую часть ERA 1103, первого коммерчески успешного научного компьютера. В это время он также работал над множеством других компьютерных технологий, от вакуумных труб и магнитных усилителей до транзисторов.
Мистер Крей начинал свою карьеру как разработчик высококлассного компьютерного оборудования. Он был одним из основателей Корпорации контроля информации (CDC) в 1957 году и занимался разработкой самых успешных компьютеров этой компании, систем CDC 1604, 6600 и 7600. Он был директором CDC с 1957 по 1965 годы и занимал должность старшего вице-президента к моменту своего ухода в 1972 году.
В 1972 году Крей основал Cray Research, Inc. для разработки и создания самых совершенных суперкомпьютеров широкого пользования. Его компьютер CRAY-1 открыл новый стандарт во сверхвысокопроизводительных вычислениях на момент своего выпуска в 1976 году, а компьютерная система CRAY-2 представленная в 1985 году продвинула программирование для суперкомпьютеров далеко вперед.
В июле 1989 года он основал Компьютерную Корпорацию Крея для продолжения расширения рамок научного и инженерного программирования. Он смог сопоставить галлий арсенид логическое
Крей автор множества технологий, которые были запатентированы компаниями, в которых он работал. Среди наиболее значимых: технология векторного регистра CRAY-1, технологии охлаждения для компьютеров серии CRAY, CDC 6600 фреон-охлаждающая система, магнитный усилитель для ERA, трехмерная взаимосвязанная модульная конструкция, использованная для CRAY-3 и для CRAY-5, и галлий арсенид логическое программирование.