általános

Létrehozott egy DNS-t tartalmazó számítógépet, amely végül újra programozható

Úgy vélik, hogy a DNS megment minket a számítógépektől. A szilícium-tranzisztorok helyettesítésének köszönhetően a DNS-alapú számítógépek olyan hatalmas párhuzamos számítástechnikai architektúrákat ígérnek, amelyek jelenleg nem lehetségesek. De itt van a fogás: a mai napig létrehozott molekuláris chipek egyáltalán nem rendelkeztek rugalmassággal. Ma a DNS használata számításhoz ugyanaz, mint egy „új számítógép létrehozása egy új berendezésből egy program futtatására”, mondja David Doty tudós.

Doty, a kaliforniai egyetem professzora, Davis és munkatársai úgy döntöttek, hogy megtudják, mi lenne szükség ahhoz, hogy egy DNS-számítógépet hozzon létre, amelyet ténylegesen át lehet programozni.

DNS-számítógép

A héten egy folyóiratban megjelent cikkbenA természet, Doty és kollégái a Kaliforniai Egyetemen és a Maynooth Egyetemen igazolták ezt. Megmutatták, hogy egy egyszerű triggerrel azonos DNS-molekulák alapkészletét kényszeríthetjük sok különböző algoritmus megvalósítására. Jóllehet ez a tanulmány jellegzetesen feltáró jellegű, a jövőben újraprogramozható molekuláris algoritmusok is felhasználhatók olyan DNS-robotok programozására, amelyek már sikeresen szállították a gyógyszereket ráksejtekbe.

"Ez az egyik legfontosabb munka a területen" - mondjaTorsten-Lars Schmidt, a Kent Állami Egyetem Kísérleti Biofizika Tanszékének docense, aki nem vett részt a tanulmányban. "Korábban volt egy algoritmikus összerendelés, de nem ilyen fokú komplexitás."

Olyan elektronikus számítógépekben, mint teA cikk olvasásához használja a biteket bináris információs egységek, amelyek megmondják a számítógépnek, mit kell tennie. Ezek az alapberendezés diszkrét fizikai állapotát képviselik, általában elektromos áram jelenlétében vagy hiányában. Ezeket a biteket - vagy akár az azokat megvalósító elektromos jeleket - egy olyan logikai elemből álló áramkörökön továbbítják, amelyek egy vagy több bemeneti bitrel működnek, és kimenetként egy bitet adnak ki.

Ezeknek az egyszerű építőelemeknek a kombinálása ismétismét a számítógépek meglepően összetett programokat futtathatnak. A DNS-számítás alapja az, hogy az elektromos jeleket nukleinsavakkal - szilíciummal - kémiai kötésekkel helyettesítik és biomolekuláris szoftvert hoznak létre. Eric Winfrey, a Caltech számítógépes tudósa és a mű társszerzője szerint a molekuláris algoritmusok a DNS természetes információfeldolgozó képességét használják, de ahelyett, hogy a természetet irányítják, a "számítógépek ellenőrzik a növekedési folyamatot".

Az elmúlt 20 évben több kísérletbenMolekuláris algoritmusokat alkalmaztunk olyan dolgokhoz, mint a tik-tac-toe játék vagy a különböző formák építése. Mindegyik esetben a DNS-szekvenciákat gondosan meg kellett tervezni, hogy egy olyan algoritmust hozzanak létre, amely a DNS-struktúrát generálja. Ebben az esetben más, hogy a kutatók olyan rendszert fejlesztettek ki, amelyben ugyanazok az alapvető DNS-fragmensek rendelhetők el teljesen különböző algoritmusok létrehozásához, és így teljesen különböző végtermékek létrehozásához.

Ez a folyamat kezdődik a DNS origami, a módszera hosszú DNS-szakaszt a kívánt alakra hajtogatjuk. Ez a hajtogatott DNS-darab „vetőmagként” (vetőmag, vetőmag) szolgál, amely egy algoritmikus szállítószalagot indít, ugyanúgy, mint a karamell fokozatosan növekszik a cukoros vízbe mártott szálon. A vetőmag nagyrészt ugyanaz marad, függetlenül az algoritmustól, és a változásokat csak néhány kis szekvenciában végezzük minden egyes új kísérletnél.

Miután a tudósok létrehozták a magot, hozzátették100 másik DNS-szálból álló DNS-fragmens oldatába. Ezeket a töredékeket, amelyek mindegyike 42 nukleinsav egyedi elrendezéséből áll (a DNS-t alkotó négy alapvető biológiai vegyületből), 355, a tudós által létrehozott DNS-fragmens nagy gyűjteményéből vettük. Egy másik algoritmus létrehozásához a tudósoknak ki kell választaniuk a kezdő töredékek egy sorát. A véletlenszerű járást magában foglaló molekuláris algoritmus különböző DNS-fragmenseket igényel, amelyeket az algoritmus a számláláshoz használ. Mivel ezek a DNS-fragmensek az összeszerelési folyamat során kapcsolódnak, olyan áramkört alkotnak, amely a kiválasztott molekuláris algoritmust a vetőmag által biztosított bemeneti biteken hajtja végre.

Ezzel a rendszerrel a tudósok 21különböző algoritmusok, amelyek olyan feladatokat hajthatnak végre, mint a háromszorzó többszöröseinek felismerése, vezető kiválasztása, minták létrehozása és akár 63. számlálás. Mindezek az algoritmusok ugyanazon 355 DNS-fragmens különböző kombinációit alkalmazták.

Természetesen írj kódot a DNS-fragmensek eldobásávala kémcső még nem működik, de ez az egész vállalkozás a rugalmas számítógépek jövőbeli iterációinak modellje a DNS-en alapul. Ha Doty, Winfrey és Woods sikerrel jár, a holnap molekuláris programozói nem is gondolnak a programjaik mögötti biomechanikára, ugyanúgy, ahogyan a modern programozóknak nem kell megérteniük a tranzisztorok fizikáját a jó szoftverek írásához.

Ennek lehetséges felhasználásaA nano-méretű szerelési technikák elképesztőek, de ezek az előrejelzések a nanoméretű világ viszonylag korlátozott megértésén alapulnak. Alan Turing nem tudta megjósolni az internet megjelenését, és ezért meg kell várnunk a molekuláris informatika érthetetlen alkalmazásaira is.

Mire képesek a molekuláris számítógépek? Mondja el velünk a Telegramban.