Generata computer basato sul DNA, che finalmente è possibile riprogrammare

Ci sono del parere che il DNA ci salverà dal computer. Grazie ai progressi nel campo della sostituzione transistor al silicio, i computer basati su DNA promettono di fornire massicce di calcolo parallelo di architettura, impossibili attualmente. Ma ecco il problema: molecolari chip, che sono stati creati fino ad oggi, non avevano assolutamente alcuna flessibilità. Oggi l'uso del DNA per il calcolo è la stessa cosa che «creare un nuovo computer di nuove attrezzature per l'esecuzione di un solo programma», dice lo scienziato David Doty.

Doty, professore dell'università della California a Davis, e i suoi colleghi, hanno deciso di scoprire cosa ci vuole per creare un computer di DNA, che in realtà sarà possibile riprogrammare.

il Computer di DNA

In un articolo pubblicato questa settimana sulla rivista Nature, Doty e i suoi colleghi dell'università della California e dell'Università di Мэйнут hanno dimostrato proprio questo. Essi hanno dimostrato che è possibile utilizzare un semplice trigger per forzare uno e lo stesso set di base di molecole di DNA di implementare un sacco di diversi algoritmi. Anche se questa ricerca è ancora indossa esplorativo, in futuro potrebbero essere utilizzati перепрограммируемые molecolari algoritmi per la programmazione del DNA-robot, che hanno già portato con successo farmaci nelle cellule tumorali.

«questa È una delle più importanti opere nel settore», dice Thorsten-Lars Schmidt, professore associato, dipartimento sperimentale di biofisica nel Kent state university, non era stato coinvolto nella ricerca. «In precedenza era algoritmico self assembly, ma non fino a questo grado di difficoltà».

In elettronica computer di simile a quello che si utilizza per la lettura di questo articolo, i binari unità di informazioni che si riferiscono al computer cosa fare. Rappresentano discreto condizione fisica hardware sottostante, di solito sotto forma di presenza o assenza di corrente elettrica. Questi bit — o anche i segnali elettrici che implementano loro — vengono trasmessi attraverso i circuiti composti da elementi logici che consentono di eseguire un'operazione con uno o più bit di input e dare un bit come uscita.

La Combinazione di questi semplici blocchi di nuovo e di nuovo, i computer possono eseguire incredibilmente impegnativo programma. L'idea alla base del DNA computing, è quello di sostituire i legami chimici i segnali elettrici e acidi nucleici — silicio, e creare biomolecolare software. Secondo Eric Винфри, scienziato informatico di Caltech e del co-author di lavoro, molecolari algoritmi utilizzano la naturale capacità di elaborazione delle informazioni, incorporato negli DNA, ma invece di dare il controllo della natura, «il processo di crescita controllano i computer».

Negli ultimi 20 anni in diversi esperimenti molecolari sono stati utilizzati algoritmi per cose come tic-tac-toe o assemblaggio di forme diverse. In ognuno di questi casi le sequenze di DNA devono essere stati attentamente progettati per creare un particolare algoritmo, che ha generato sarebbe la struttura del DNA. Che è diverso in questo caso, perché questo è ciò che i ricercatori hanno sviluppato un sistema in cui la stessa base di frammenti di DNA possono essere ordinati per creare completamente differenti algoritmi e, quindi, commesso diversi prodotti finali.

Questo processo inizia con origami di DNA, il metodo di piegatura lungo tratto di DNA nella forma desiderata. Questo rotolato pezzo di DNA che funge da «sid» (seed, seed), che lancia un nastro trasportatore, proprio come su una fune calata nel подсахаренную acqua, a poco a poco cresce caramello. Il seme rimane per la maggior parte lo stesso, indipendentemente dall'algoritmo, e le modifiche vengono apportate solo alcune piccole sequenze per ogni nuovo esperimento.

Dopo che gli scienziati hanno creato un seme, hanno aggiunto in una soluzione di 100 altre catene di DNA, di frammenti di DNA. Questi frammenti, ognuno dei quali costituito da un unico percorso di 42 nucleici basi (quattro principali composti biologici di cui è composto il DNA), sono presi da una grande collezione di 355 frammenti di DNA, creati dagli scienziati. Per creare un algoritmo diverso, gli scienziati hanno bisogno di selezionare un insieme di frammenti di partenza. Molecolare algoritmo, che comprende random walk, richiede diversi set di frammenti di DNA, che algoritmo usa per il conteggio. Poiché questi frammenti di DNA si uniscono in un processo di assemblaggio, formano un circuito che implementa il candidato molecolare algoritmo su input bit forniti sid.

Utilizzando questo sistema, gli scienziati hanno creato il 21 differente algoritmo, che possono svolgere attività come il riconoscimento di multipli di tre, la scelta di un leader, la generazione di modelli e conto fino a 63. Tutti questi algoritmi sono stati implementati utilizzando diverse combinazioni degli stessi 355 frammenti di DNA.

Naturalmente, scrivere il codice di ripristino di frammenti di DNA in una provetta fino a quando non sarà, tuttavia, tutta questa storia è un modello di iterazioni future flessibili computer basati su DNA. Se Doty, Винфри e Woods raggiungere i suoi molecolari programmatori domani anche pensare di biomeccanica, alla base dei loro programmi allo stesso modo, come un moderno programmatori non necessariamente comprendere la fisica dei transistor, per scrivere un buon SOFTWARE.

I Potenziali casi di utilizzo di questo наномасштабной tecnica di assemblaggio di immaginazione, ma queste previsioni sono basate sul nostro relativamente limitata comprensione наномасштабногоnel mondo. Alan Turing non è stato in grado di prevedere l'avvento di Internet, e quindi noi, forse in attesa di una sua applicazione informatica molecolare.

Che cosa sarà In grado di computer molecolari? Dì .