general

Creat un calculator bazat pe ADN, care în final poate fi reprogramat

Se crede că ADN-ul ne va salva de la calculatoare. Datorită avansării în înlocuirea tranzistorilor de siliciu, computerele bazate pe ADN promite că ne vor furniza arhitecturi computationale masive paralele, care sunt în prezent imposibile. Dar aici este captura: cipurile moleculare care au fost create pana astazi nu au avut nici o flexibilitate. Astăzi, utilizarea ADN-ului pentru calcul este aceeași ca și "crearea unui nou computer de la un nou echipament pentru a rula un program singur", spune omul de știință David Doty.

Doty, profesor la Universitatea din California, la Davis, și colegii săi au decis să afle ce ar fi necesar pentru a crea un computer ADN care ar putea fi reprogramat.

Calculator ADN

Într-un articol publicat în această săptămână într-un jurnalNature, Doty și colegii săi de la Universitatea din California și Universitatea Maynooth au demonstrat tocmai asta. Ei au arătat că puteți utiliza un declanșator simplu pentru a forța același set de bază de molecule ADN pentru a implementa mai mulți algoritmi diferiți. Desi acest studiu este inca exploratoriu in natura, algoritmii moleculare reprogramabile pot fi folosite in viitor pentru a programa roboti ADN care au livrat deja cu succes medicamente la celulele canceroase.

"Aceasta este una dintre cele mai importante lucrări din domeniu", spuneTorsten-Lars Schmidt, profesor asociat la Departamentul de Biofizică Experimentală de la Universitatea de Stat din Kent, care nu a participat la studiu. "Anterior, a existat o auto-asamblare algoritmică, dar nu la un asemenea grad de complexitate".

În computerele electronice ca tineUtilizați pentru citirea acestui articol, biții sunt unități binare de informații care spun computerului ce să facă. Acestea reprezintă starea fizică discretă a echipamentului de bază, de obicei sub forma prezenței sau absenței curentului electric. Acești biți - sau chiar semnalele electrice care le implementează - sunt transmise prin circuite constituite din elementele logice care efectuează o operație cu unul sau mai mulți biți de intrare și produc un bit ca ieșire.

Combinând aceste blocuri simple și din noudin nou, computerele pot rula programe surprinzător de complexe. Ideea din spatele calculului ADN este înlocuirea semnalelor electrice cu acizi nucleici - siliciu - cu legături chimice și crearea de software biomolecular. Potrivit lui Eric Winfrey, un om de stiinta de calculator de la Caltech si co-autor al lucrarii, algoritmii moleculare folosesc capacitatea naturala de prelucrare a informatiei ADN, dar in loc sa dea controlul naturii, "computerele controleaza procesul de crestere".

În ultimii 20 de ani în mai multe experimenteAlgoritmii moleculari au fost folosiți pentru a juca tic-tac-toe sau pentru a construi diverse forme. În fiecare din aceste cazuri, secvențele de ADN au trebuit să fie atent proiectate pentru a crea un algoritm particular care să genereze structura ADN-ului. Ceea ce este diferit în acest caz este că cercetătorii au dezvoltat un sistem în care aceleași fragmente de bază ADN pot fi comandate pentru a crea algoritmi complet diferit și, prin urmare, produse finale complet diferite.

Acest proces începe cu ADN origami, metodaplind o lungă întindere de ADN în forma dorită. Această piesă pliată de ADN servește ca o "semințe" (sămânță, sămânță), care lansează un transportor algoritmic, la fel cum caramelul crește treptat pe un fir înmuiat în apă sărată. Sămânța rămâne în mare parte aceeași, indiferent de algoritm, iar modificările se fac numai în câteva secvențe mici pentru fiecare experiment nou.

După ce oamenii de știință au creat semințele, au adăugatîntr-o soluție de alte 100 de fire de ADN, fragmente de ADN. Aceste fragmente, fiecare dintre ele constituind dintr-un aranjament unic de 42 de baze nucleice (cei patru compuși biologici de bază care alcătuiesc ADN-ul), sunt luați dintr-o colecție mare de fragmente de 355 de ADN create de oameni de știință. Pentru a crea un algoritm diferit, oamenii de știință trebuie să selecteze un set diferit de fragmente de pornire. Un algoritm molecular care implică o plimbare aleatoare necesită diferite seturi de fragmente ADN, pe care algoritmul le folosește pentru numărare. Deoarece aceste fragmente de ADN sunt conectate în timpul procesului de asamblare, ele formează un circuit care implementează algoritmul molecular selectat pe biții de intrare furnizați de semințe.

Folosind acest sistem, oamenii de stiinta au creat 21diferiți algoritmi care pot efectua sarcini cum ar fi recunoașterea multiplii de câte trei, alegerea unui lider, generarea de modele și numărarea până la 63. Toți acești algoritmi au fost implementați utilizând combinații diferite ale acelorași fragmente de ADN 355.

Desigur, scrieți cod prin eliminarea fragmentelor ADNtubul de testare nu va funcționa încă, însă întreaga întreprindere este un model de viitoare iterații de computere flexibile bazate pe ADN. Dacă Doty, Winfrey și Woods reușesc, programatorii moleculari de mâine nu se vor gândi nici măcar la biomecanica care stă la baza programelor lor în același mod în care programatorii moderni nu trebuie să înțeleagă fizica tranzistorilor pentru a scrie software bun.

Posibile utilizări pentru acest lucruTehnicile de asamblare la scară nanochimică sunt uimitoare, însă aceste predicții se bazează pe înțelegerea relativ limitată a lumii nanoscale. Alan Turing nu a putut prezice apariția internetului și, prin urmare, ar trebui să așteptăm și aplicații incomprehensibile de informatică moleculară.

Ce vor fi capabile calculatoarele moleculare? Spune-ne în chat-ul nostru în Telegramă.

Notificare Facebook pentru UE! Trebuie să vă autentificați pentru a vizualiza și posta comentarii FB!