Manoma, kad DNR mus išgelbės nuo kompiuterių. Tobulėjant silicio tranzistoriaus pakeitimui, DNR kompiuteriai žada mums pateikti masyvią lygiagretaus skaičiavimo architektūrą, kurios šiuo metu neįmanoma. Bet štai laimė: iki šiol išrastos molekulinės mikroschemos visiškai neturėjo lankstumo. Šiandien DNR naudojimas skaičiavimui yra tarsi „naujo kompiuterio kūrimas iš naujos aparatinės įrangos paleisti vieną programą“, - sako mokslininkas Davidas Doty.
Doty, Kalifornijos universiteto Daviso profesorius, ir jo kolegos nusprendė išsiaiškinti, ko prireiktų norint sukurti DNR kompiuterį, kurį iš tikrųjų būtų galima perprogramuoti.
- „Salik.biz“
DNR kompiuteris
Šią savaitę žurnale „Nature“paskelbtame dokumente Doty ir jo kolegos Kalifornijos universitete ir Maynooth pademonstravo būtent tai. Jie parodė, kad paprastas trigeris gali būti naudojamas priversti tą patį pagrindinį DNR molekulių rinkinį įgyvendinti daugybę skirtingų algoritmų. Nors šie tyrimai vis dar yra gamtos pobūdžio tyrimai, ateityje būtų galima naudoti perprogramuojamus molekulinius algoritmus, kad būtų galima užprogramuoti DNR robotus, kurie jau sėkmingai pristatė vaistus į vėžio ląsteles.
Elektroniniuose kompiuteriuose, tokiuose kaip jūs skaitote šį straipsnį, bitai yra dvejetainiai informacijos vienetai, nurodantys kompiuteriui, ką reikia padaryti. Jie parodo diskretinę pagrindinės įrangos fizinę būseną, paprastai esant arba nesant elektros srovei. Šie bitai ar net juos įgyvendinantys elektriniai signalai perduodami per grandines, sudarytas iš vartų, kurie atlieka vieno ar kelių įvesties bitų operaciją ir pateikia vieną bitą kaip išėjimą.
Vėl ir vėl derindami šiuos paprastus blokus, kompiuteriai gali paleisti stebėtinai sudėtingas programas. DNR skaičiavimo idėja yra pakeisti elektrinius signalus nukleorūgštimis - siliciu - cheminiais ryšiais ir sukurti biomolekulinę programinę įrangą. Eriko Winfrey, „Caltech“kompiuterių mokslininko ir darbo bendraautorio teigimu, molekuliniai algoritmai naudoja natūralios informacijos apdorojimo galimybes, įterptas į DNR, tačiau užuot suteikę kontrolę gamtai, „augimo procesą kontroliuoja kompiuteriai“.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Per pastaruosius 20 metų keliuose eksperimentuose buvo naudojami molekuliniai algoritmai tokiems dalykams kaip žaismas „tic-tac-toe“ar įvairių formų surinkimas. Kiekvienu iš šių atvejų DNR sekos turėjo būti kruopščiai suprojektuotos, kad būtų sukurtas vienas konkretus algoritmas, kuris sugeneruotų DNR struktūrą. Skirtumas šiuo atveju yra tas, kad tyrėjai sukūrė sistemą, kurioje galima užsisakyti tuos pačius pagrindinius DNR fragmentus, kad būtų sukurti visiškai skirtingi algoritmai, taigi ir visiškai skirtingi galutiniai produktai.
Šis procesas prasideda nuo DNR origami - ilgo DNR gabalo sulankstymo į norimą formą metodą. Šis susuktas DNR gabalas tarnauja kaip „sėkla“(sėkla), paleidžiantis algoritminį konvejerį, lygiai taip pat, kaip karamelė pamažu auga ant virvelės, pamirkytos cukraus vandenyje. Sėkla išlieka ta pati, nepaisant algoritmo, ir kiekvieno naujo eksperimento pakeitimai atliekami tik keliomis nedidelėmis sekomis.
Po to, kai mokslininkai sukūrė sėklą, jie pridėjo ją prie 100 kitų DNR gijų, DNR fragmentų, tirpalo. Šie fragmentai, kurių kiekvienas susideda iš unikalaus 42 branduolio bazių (keturių pagrindinių biologinių junginių, sudarančių DNR), išdėstymo, yra paimti iš didelės mokslininkų sukurtos 355 DNR fragmentų kolekcijos. Norėdami sukurti kitokį algoritmą, mokslininkai turi pasirinkti kitokį pradinių fragmentų rinkinį. Molekuliniam algoritmui, apimančiam atsitiktinį ėjimą, reikalingi skirtingi DNR fragmentų rinkiniai, kuriuos algoritmas naudoja skaičiuoti. Kai šie DNR gabalai sujungiami sujungimo metu, jie sudaro grandinę, kuri įgyvendina pasirinktą molekulinį algoritmą ant įvesties bitų, kuriuos pateikia sėkla.
Naudodamiesi šia sistema, mokslininkai sukūrė 21 skirtingą algoritmą, kuris gali atlikti užduotis, tokias kaip trijų kartotinių atpažinimas, lyderio pasirinkimas, modelių generavimas ir skaičiavimas iki 63. Visi šie algoritmai buvo įgyvendinti naudojant skirtingas tų pačių 355 DNR fragmentų kombinacijas.
Žinoma, kodo rašymas, įmetus DNR fragmentus į mėgintuvėlį, dar neveiks, tačiau visa ši idėja yra pavyzdys būsimiems lanksčių kompiuterių, pagrįstų DNR, iteracijų modeliu. Jei Doty, Winfrey ir Woods pasieks savo kelią, rytdienos molekuliniai programuotojai net negalvos apie biomechaniką, kuria grindžiamos jų programos, tokiu pačiu būdu, kad šiuolaikiniams programuotojams nereikia suprasti tranzistorių fizikos, norint parašyti gerą programinę įrangą.
Galimas šios nanoskalės surinkimo technikos panaudojimas yra stulbinantis, tačiau šios prognozės pagrįstos mūsų santykinai ribotu supratimu apie nanoskalės pasaulį. Alanas Turingas negalėjo numatyti interneto atsiradimo, todėl gali būti nesuprantamų molekulinės informatikos pritaikymų.
Ilja Khel