Největší DNA počítač umí odmocňovat

Vědci z California Intitute of Technology (Caltech) sestavili zatím největší umělý biochemický logický obvod. Sice jen ze 74 molekul DNA, ale údajně škálovatelný.


Obrázek ukazuje příslušné „zadrátování" molekul DNA. Systém celkem 74 molekul DNA dokáže vypočítat druhou odmocninu z přirozeného čísla (ovšem pouze do velikosti 16; zvládne pracovat se 4bitovými binárními čísly) a zaokrouhlit ji na celé číslo. Má to nějaký význam, nebo jde pouze o hříčku?

 

(Kredit: Caltech / Lulu Qian)

Konkrétní uspořádání má samozřejmě spíše demonstrační účel a nikdo nepředpokládá, že by se pomocí podobného DNA počítače něco „počítalo"; ostatně výpočet odmocniny trvá v tomto případě až 10 hodin. Možné je ale nasazení tohoto stroje třeba pro analýzu krve, kde by stanovoval třeba koncentrace nějakých baterií a předával tuto informaci dál (ať už další molekule, nebo třeba pomocí připojeného mechanismu fluorescence, kdy by vyvolané světlo automaticky zachycoval detektor).
Lulu Qian, postdoktorand z Caltechu a hlavní autor článku, který byl publikován v časopisu Science, uvedl, že by v dalším výzkumu chtěli do světa DNA počítačů dostat co nejvíc metod používaných v klasických počítačích, třeba programovací jazyky a překladače (poznámka: není úplně jasné, jak si toto představit; kompilátor by měl asi prostě z abstraktních instrukcí automaticky vygenerovat odpovídající uspořádání obvodu z molekul DNA, takže programátor by nemusel mít speciální znalosti o „biochemickém hardwaru").
Co by mělo být důležité, nový DNA počítač byl postaven „standardizovaným" způsobem, jednotlivé součástky jsou přirovnávány k plug-and-play, což by mělo umožňovat dobrou škálovatelnost a snadnou modifikaci. Dosavadní pokusy většinou narážely na překážku, že systémy s příliš mnoha molekulami DNA nebo s příliš velkými molekulami DNA přestaly plnit svou funkci (tedy právě absence škálovatelnosti). Autoři tohoto výzkumu narazili na podobný problém v roce 2006, kdy sestavili vícevrstvý obvod ze 12 molekul DNA, problém však byl, že s rozšířením o každou další molekulu se proces výpočtu exponenciálně zpomaloval. Nové uspořádání by také mělo řešit problém šumu – vlákna DNA se nepárují zcela stoprocentně. Systém by ale měl být vybaven zesilovačem a zeslabovačem signálů, takže dejme tomu hodnoty menší než 10 % nebo větší než 90 % dokáže převést do čistě binární podoby.
Příslušná hradla z molekul DNA (buď jednovláknové kousky, nebo dvě vlákna, která jsou však komplementární pouze částečně, takže jim zbývají „volná" aktivní místa) fungují v tomto případě nikoliv na čipu, ale v solném roztoku ve zkumavce. Výpočty a komunikace se nerealizují zapínáním a vypínáním elektrického proudu, ale pomocí dalších molekul DNA, které se předávají mezi hradly a interagují s jejich aktivními místy.
„Výpočet" běží přednastaveným způsobem, takže nevadí, pokud se hradla ve zkumavce srážejí náhodně; vždy na sebe časem narazí potřebné molekuly a při předcházejících interakcích k žádné reakci nedojde..
Výsledek výpočtu odmocniny se nakonec stanoví podle změn koncentrace jednotlivých molekul DNA.

Zdroj: ScienceDaily











Komentáře