大肠杆菌的扫描电子显微镜图。迅速增长的菌落可以作为一个强大的并行计算机。 照片：盖蒂图片社
计算机一直在不断“进化”之中——这话豪不夸张。就在科技界争辩着上网本与笔记本电脑优劣之际，合成生物学家正在将传统电脑完全抛在身后。美国一个科学家小组将细菌加以巧妙设计，用以解决复杂的数学难题，而且其速度远比由硅制成的任何电脑等来得快。
这项发表于今天出版的《生物工程杂志》的研究证明，细菌可以用来解决称为“ 汉弥尔顿路径问题”（Hamiltonian Path Problem）的难题。想象一下，你想游览英国的十大城市，从伦敦（第一个城市）出发，最后目的地为布里斯托尔（第十个城市）。“汉弥尔顿路径问题”需要解决的就是要找出你可以选择的最短路径。
这个看似简单的问题却是出人意料地难以解决。可供选择的路径有350多万条，常规的计算机必须一个一个尝试来找出最短路径。做为替代选择，一台由数百万细菌所制成的计算机可同时考虑每一条路径。生物世界还有其他的优势。随着时间的流逝，细菌计算机实际上将随着细菌繁殖而增强其计算能力。
然而，设计这种细菌计算机可不是一件容易的事。研究人员通过改变大肠杆菌的DNA，将该数学问题简化为只有三个城市的版本并加以编码。这些城市由一系列会令细菌发出红光或绿光的基因代表，而城市间可能的途径由DNA的随机性排序进行探索。产生正确答案的细菌将会发出两种颜色的光，变成黄光。
这个试验成功了，科学家们通过检查DNA序列来核对发出黄光的细菌所给出的答案。通过使用一些额外的基因差异——比如对特定抗生素的抗性，该研究小组认为可以将他们的方法加以扩展，解决涉及更多城市的问题。
这不是细菌能够解决的唯一问题。这项研究是建立在同一小组以往的研究成果之上，该研究小组去年研制了一个用以解答“翻煎饼难题”（Burnt Pancake Problem）的细菌计算机。这个名称奇特的难题实质上是一个数学排序过程，可想象为将一叠全部单面焦的煎饼按大小排序的问题。
除了证明了细菌计算的威力之外，该小组还为合成生物学领域做出了重要贡献。就像电子电路是由一些晶体管、二极管及和其他元件组成，所以生物电路也同样如此。合成生物学家们已携手合作，创建了《标准生物组件登记册》（Registry of Standard Biological Parts），而这项最新研究的贡献就是为这个登记册增添了60多个新组件。
欲了解更多有关合成生物学这个涉及面日益广泛的领域，请下载《卫报》最新一期科学周刊栏目的播客（podcast）。 在播客音频里，阿洛克·杰哈（Alok Jha）和詹姆斯·蓝德森（James Randerson）与伦敦帝国学院（Imperial College London）蛋白质晶体学教授、合成生物学家保罗·弗里蒙特（Paul Freemont）一起，探讨生物计算机的未来。
美利用大肠埃希菌制成细菌计算机 编辑本段回目录
就在科技界还在无休止地争论上网本与笔记本电脑的优劣之际，合成生物学家已将传统电脑远远抛在了身后。一个美国科学家团队利用经巧妙设计的大肠埃希菌，制成了可解决复杂数学问题的细菌计算机，且速度远快于任何以硅为基础的计算机。此项发表在《生物工程》杂志上的研究证明，细菌也可用于解决如“汉弥尔顿路径问题”这样的复杂数学难题。
汉弥尔顿路径问题是指，譬如有10个城市，从北京出发，以上海为目的地，不重复走遍所有10个城市的最短路线。这个看似简单的问题要解决起来其实超乎想象的复杂。因为从北京到上海的所有可能路线组合高达350万条，普通计算机要找出其中最短的路线需要花很长的时间，因为它一次只能尝试一条。而一台由数百万细菌组成的计算机则能同时考虑每一条路径。随着时间的推移，细菌的繁殖不断增加，其计算能力还能继续提高。
然而，对这种细菌计算机进行编程可不是一件容易的事。研究人员通过改变大肠埃希菌的DNA，将该数学问题简化为只有3个城市的版本并加以编码。这些城市由一系列会令细菌发出红光或绿光的基因组合代表，而城市间可能的途径由DNA的随机排序进行搜寻。产生正确答案的细菌会同时发出两种颜色的光，从而将之变成黄色。
科学家们通过检查DNA序列来校对黄色细菌所给出的答案。通过使用一些额外的基因差异——比如对特定抗生素的抗性，该研究小组认为，他们的方法可扩展为解决包含更多城市的问题。
当然，这还不是细菌计算机能够解决的唯一问题。此项研究建立在该研究小组以往的研究成果之上，研究人员在去年曾研制了一个用以解决“翻煎饼问题”的细菌计算机。“翻煎饼问题”简单说就是要把一叠不同大小、半面焦且金黄焦面向下的煎饼，利用一只翻铲，将每一焦面全部向上，同时将最大片的置于底部，最后计算出此一问题的可能解答数。
此项研究除了证明细菌计算的能力之外，还为合成生物学领域做出了重要贡献。电子电路由晶体管、二极管及其他元件组成，生物电路也是如此。目前，合成生物学家们已共同创建了《标准生物零件登记簿》，而此项最新研究的成果又为这个登记簿增添了60多个新零件。（冯卫东）
