Stworzony przez komputer na podstawie DNA, który w końcu można przeprogramować

Istnieje opinia, że DNA uratuje nas od komputerów. Dzięki osiągnięciom w dziedzinie wymiany krzemowych tranzystorów, komputery oparte na DNA obiecują dostarczyć nam ogromne równoległe obliczeniowe architektury, niemożliwe w dzisiejszych czasach. Ale oto, w czym haczyk: molekularne układy scalone, które powstały do dnia dzisiejszego, nie posiadali żadnej elastyczności. Dziś korzystać z DNA do obliczeń to to samo, co "utwórz nowy komputer z nowego sprzętu, aby uruchomić tylko jeden program", mówi naukowiec David Dotty.

Dotty, profesor uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis, i jego koledzy postanowili dowiedzieć się, co jest niezbędne do tworzenia DNA-komputera, który faktycznie będzie można przeprogramować.

Komputer z DNA

W artykule opublikowanym w tym tygodniu w czasopiśmie "Nature", Dotty i jego koledzy z uniwersytetu Kalifornijskiego i Uniwersytetu Мэйнут demonstrowali właśnie to. Wykazały one, że można użyć prostego wyzwalacz, aby jeden i ten sam podstawowy zestaw cząsteczek DNA realizować wiele różnych algorytmów. Chociaż badanie to wciąż nosi charakter badawczy, w przyszłości mogą być wykorzystane перепрограммируемые cząsteczkowych algorytmy programowania DNA-robotów, które już z powodzeniem przewieziony leki w komórki nowotworowe.

"To jedna z najważniejszych prac w zakresie", mówi Torsten-Lars Schmidt, profesor nadzwyczajny eksperymentalne biofizyki na uniwersytecie kent state, nie brał udziału w badaniu. "Wcześniej była algorytmiczne montaż, ale nie do tego stopnia złożoności".

W komputery elektroniczne w rodzaju tego, co używasz do czytania tego artykułu, bity — to binarne jednostki informacji, które informują komputera, co robić. Stanowią one nieciągły stan fizyczny bazowego sprzętu, zwykle w postaci obecności lub braku prądu elektrycznego. Te bity — lub nawet sygnały elektryczne, które implementują je — są przekazywane przez układy składające się z elementów logicznych, które wykonują operację z jednym lub większą liczbą bitów wejściowych i dać jeden bit jako wyjścia.

Łącząc te proste bloki znowu i znowu, komputery mogą uruchamiać niezwykle skomplikowane programy. Ideą DNA obliczeń, polega na tym, aby zastąpić związkami chemicznymi sygnały elektryczne i kwasów nukleinowych — krzem, i stworzyć biomolecular oprogramowanie. Zdaniem Erica Winfrey, komputerowego naukowca z Калтеха i współautor pracy, cząsteczkowe algorytmy wykorzystują naturalną zdolność przetwarzania informacji, wszyte w DNA, ale zamiast oddawać zarządzanie naturze, "proces wzrostu sterują komputery.

W Ciągu ostatnich 20 lat w kilku eksperymentach wykorzystywano cząsteczkowych algorytmy do rzeczy, takich jak gra w kółko i krzyżyk lub montaż różnych kształtów. W każdym z tych przypadków sekwencji DNA powinny być starannie zaprojektowane, aby utworzyć jeden konkretny algorytm, który generował by strukturę DNA. Czym różni się w tym przypadku, to to, że naukowcy opracowali system, w którym te same podstawowe fragmenty DNA mogą być przyporządkowane do tworzenia zupełnie różnych algorytmów i, znaczy, sporządzono różnych produktów końcowych.

Ten proces zaczyna się od DNA origami, metody składania długiego odcinka DNA w pożądany kształt. Ten zwinięty kawałek DNA służy jako "sid" (seed, seed), który uruchamia algorytmiczne przenośnik, podobnie jak na nitce, która w подсахаренную wodę, stopniowo rośnie karmel. Nasienie pozostaje w przeważającej części tym samym, niezależnie od algorytmu, a zmiany są wprowadzane tylko w kilku małych sekwencji dla każdego nowego eksperymentu.

Po tym, jak naukowcy stworzyli nasienie, dodali go w roztworze z 100 innych łańcuchów DNA, fragmentów DNA. Te fragmenty, z których każda składa się z unikalnej lokalizacji 42 nukleinowych podstaw (czterech głównych związków biologicznych, z których składa się DNA), pochodzą z bogatej kolekcji z 355 fragmentów DNA, utworzonych przez naukowców. Aby utworzyć inny algorytm, naukowcy muszą wybrać inny zestaw startowych fragmentów. Cząsteczkowy łódź, zawierający błądzenia przypadkowego, wymaga różnych zestawów fragmentów DNA, które algorytm wykorzystuje do liczenia. Ponieważ te fragmenty DNA łączą się w procesie montażu, tworzą schemat, który realizuje wybrany cząsteczkowego łódź na bitów wejściowych dostarczonych przez sidem.

Za Pomocą tego systemu, naukowcy stworzyli 21 inny algorytm, którzy mogą wykonywać zadania, takie jak rozpoznawanie potrójnych, wybór lidera, generowanie wzorców i rachunek do 63. Wszystkie te algorytmy zostały zaimplementowane z wykorzystaniem różnych kombinacji tych samych 355 fragmentów DNA.

Oczywiście, napisać kod poprzez zresetowanie fragmentów DNA w probówce na razie nie działa, ale cała ta sprawa jest model przyszłych iteracji elastycznych komputerów opartych na DNA. Jeśli Dotty, Winfrey i Woods osiągną swego, cząsteczkowe programiści jutra nawet myśleć nie będą o rdzeniowych, leżącego w oparciu o ich programów dokładnie tak samo, jak w nowoczesny programistom nie należy rozumieć fizykę tranzystorów, aby pisać dobre.

Potencjalne możliwości wykorzystania tej наномасштабной techniki montażu wyobraźnię, ale i te prognozy są oparte na naszej stosunkowo ograniczonym rozumieniu наномасштабногоświata. Alan Turing nie mógł przewidzieć pojawienie się Internetu, więc i nas, być może, czeka na niezrozumiałe stosowania molekularnej, informatyki.

Na co będą w stanie molekularne komputery? Powiedz .