Det menes, at DNA vil redde os fra computere. Takket være fremskridt i udskiftning af silicium transistorer, computere baseret på DNA lover at give os en massiv parallel computing-arkitektur, er umuligt på nuværende tidspunkt. Men her er hagen: den molekylære kredsløb, der blev skabt før i dag, var absolut ingen fleksibilitet. I dag, brug af DNA design er det samme som “opret ny computer fra ny hardware til kun at køre et program,” siger David Doty.
Doty, Professor, University of California at Davis, og hans kolleger besluttede at finde ud af, hvad det ville tage at lave en DNA-computer, der rent faktisk kan omprogrammeres.
Computeren af DNA
I en artikel offentliggjort i denne uge i tidsskriftet Nature, Doty og hans kolleger ved University of California og University of Maynooth har vist, at. De viste, at det er muligt at bruge en enkel trigger til at gøre de samme grundlæggende sæt af DNA-molekyler til at gennemføre mange forskellige algoritmer. Selv om denne undersøgelse er stadig sonderende karakter, i fremtiden kan bruges omprogrammeres algoritmer for molekylær DNA-programmering af robotter, der har med succes leveret narkotika til kræftceller.
“Dette er et af de vigtigste værker i det område,” siger Thorsten-Lars Schmidt, lektor i eksperimentel Biofysik ved Kent state University, som ikke deltog i undersøgelsen. “Tidligere var det algoritmiske samlesæt, men ikke i denne grad af kompleksitet”.
I elektroniske computere, det lader til at du bruger på at læse denne artikel, bits — binære enheder af information, der fortæller computeren, hvad den skal gøre. De repræsenterer diskrete fysiske tilstand af den underliggende hardware, som regel i form af tilstedeværelse eller fravær af elektrisk strøm. Disse bits — eller endda en elektrisk signal, der sendes via kredsløb, der består af logiske elementer, der udfører en operation på en eller flere input bits og producere en smule som output.
Ved at kombinere disse enkle byggesten igen og igen, computere, kan du køre en overraskende komplekst program. Ideen bag DNA-baseret computing, er at erstatte de kemiske bindinger elektriske signaler og nukleinsyre — silicium, og til at skabe biomolekylær software. Ifølge Eric Winfrey, en datalog fra Caltech og co-forfatter af det arbejde, molekylær algoritmer bruge naturlige evne behandling af oplysninger, syet ind i DNA ‘ et, men i stedet for at give kontrol til naturen, “vækst-processen er styret af computere”.
I løbet af de sidste 20 år i flere eksperimenter, vi brugte molekylær algoritmer for ting som TIC-TAC-toe eller Samling af forskellige former. I hvert af disse tilfælde, DNA-sekvens, der skulle være omhyggeligt designet til at skabe en særlig algoritme, der ville generere DNA-strukturen. Hvad er anderledes, i dette tilfælde er det faktum, at forskerne har udviklet et system, hvor den samme underliggende DNA-fragmenter kan planlægges til at skabe en helt anden algoritmer, og kan derfor være lavet af forskellige produkter.
Denne proces begynder med DNA-origami, en metode til at folde et langt stykke af DNA i en ønsket form. Dette sammenrullet stykke DNA, der fungerer som et “led” (seed, seed), som kører en algoritmisk pipeline, som på en snor dyppet i sukkersød vand, gradvist vokser karamel. Frø forbliver stort set den samme, uanset hvilken algoritme og ændringer, der er foretaget i et par små sekvenser for hvert nyt eksperiment.
Efter videnskabsfolk skabt de frø, de er tilføjet i en løsning på 100 andre tråde af DNA, DNA-fragmenter. Disse fragmenter, som hver består af et unikt arrangement 42 af nucleic baser (de fire grundlæggende biologiske molekyler som udgør DNA) taget fra en stor samling af 355 fragmenter af DNA, der er skabt af forskere. For at oprette en anden algoritme, forskere har for at vælge et andet sæt starter fragmenter. Molekylær algoritme, der omfatter random walk kræver et anderledes sæt af DNA fragmenter, som algoritmen bruger for beregningen. Da disse DNA fragmenter, der er indtrådt i Forsamlingen proces, de danner et kredsløb, der gennemfører den valgte molekylær algoritme på input bits fastsat af led.
Ved hjælp af dette system, har forskerne skabt 21 forskellige algoritme, som kan udføre opgaver, såsom genkendelse af et multiplum af tre, valg af leder, generation mønstre, og score til 63. Alle disse algoritmer blev gennemført ved hjælp af forskellige kombinationer af de samme 355 DNA-fragmenter.
Naturligvis, til at skrive koden ved at nulstille af DNA-fragmenter i et reagensglas, mens det ikke, men hele idéen er en model for fremtidige gentagelser af fleksible computere, der er baseret på DNA. Hvis Doty, Winfrey og skoven får deres vilje, molekylær programmører i morgen, endnu ikke synes om den biomekanik underliggende deres programmer, ligesom moderne programmører ikke er nødt til at forstå fysikken af transistorer til at skrive en god software.
Den potentielle anvendelse af denne nano-skala Montage teknik af fantasien, men disse fremskrivninger er baseret på vores relativt begrænsede forståelse af nanostørrelse verden. Alan Turing var ikke i stand til at forudsige fremkomsten af Internettet, og derfor kan vi have uforståeligt anvendelse af molekylær Informatik.
Hvad vil være i stand til molekylære computere? Fortæl os i vores chat i Telegrammet.