利用CRISPR/Cas9系统构建细胞内复杂记忆计算部件

In recent years, the construction of memory computing device in vivo has becoming a hot topic in the field of biological computer. An important strategy for creating memory is to encode information directly into a cell’s DNA via recombinase system. However, the limited DNA editing ability of recombinase seriously restricts the development of this field. The CRISPR/Cas9 system has been developed as a new revolutionary genome editing tool since 2012. The CRISPR/Cas9 system has the characteristics of precision, multiplicity and diversity. The project intends to construct complex memory device in vivo baesd on the CRISPR/Cas9 system and various transcription regulation methods. Specific research thrusts are as follows. Firstly, the construction of selective memory and selective forgetfulness. Secondly, the construction of associative memory and associative forgetfulness. The most important feature of the project is the innovation of research idea. The innovation points are as follows. Firstly, the project uses new computing tool to construct complex device. Secondly, the project focuses on the realization of living beings’ intelligence to complement machines’ intelligence and expand the area of artificial intelligence.

近年来，细胞内记忆计算部件的构建已经成为生物计算机领域的一个研究热点。利用DNA定点重组酶在DNA层面实现记忆是细胞内记忆计算部件构建的一种重要方法，然而DNA定点重组酶有限的DNA编辑能力严重制约了这一领域的发展。CRISPR/Cas9系统是2012年以来发展起来的一项革命性基因组编辑技术。本项目拟从CRISPR/Cas9系统的精确性、多重性和多样性出发，结合各类转录调控手段，进行细胞内复杂记忆计算部件构建研究，具体内容包括：（１）选择性记忆和选择性遗忘部件构建；（２）关联性记忆和关联性遗忘部件构建。本项目的最大特色是研究思路的创新，具体体现在：（１）采用新型计算工具，以便构建复杂部件；（２）关注实现生物智能，以期和机器智能形成互补，拓展人工智能领域。

细胞计算部件构建是近年来科学界的热点之一。利用DNA定点重组酶在DNA层面实现记忆是细胞内记忆计算部件构建的一种重要方法，然而DNA定点重组酶有限的基因组编辑能力严重制约了这一领域的发展。CRISPR/Cas9系统是2012年以来发展起来的一项革命性基因组编辑技术。本项目从CRISPR/Cas9系统的精确性、多重性和多样性出发，结合数学、计算机科学、分子生物学、细胞生物学和生物信息学等多领域知识和技术，进行细胞内复杂记忆计算部件构建研究。具体研究内容包括：（１）细胞运算器构建（包括加法器、大小比较器、权重指示器、译码器）；（２）细胞顺序识别器构建；（3）细胞隐写系统构建。在项目支持下，构建细胞计算部件6种，发表SCI一区论文3篇，申报国家发明专利5项，已获得授权3项。本项目的研究成果揭示了基因组编辑技术在构建细胞计算部件领域的巨大潜力。本项目的最大特色是研究思路的创新，具体体现在：（１）采用新型计算工具，以便实现复杂功能；（２）关注实现生物智能，本项目所构建的大小比较器、权重指示器、译码器、顺序识别器等部件，有助于推动正确判定复杂环境并做出决定，以期和机器智能形成互补，拓展人工智能领域。