Учените превърнаха ДНК в логически порти: стъпка към химическите компютри

Екип от учени, ръководен от изследователи от университета Caltech, успя да направи малка, но значителна стъпка в развитието на свободно програмируеми химически компютри. Като основни изчислителни елементи в такива системи се използват набори от ДНК, които по своята естествена същност имат способността да се самоорганизират и да растат. Всичко, което е необходимо, за да работят изчислителните системи, базирани на ДНК, е топла, солена вода, алгоритъм за растеж, кодиран в ДНК, и основен набор от ДНК последователности.

Досега "изчисляването" с ДНК се извършваше строго с помощта на една последователност. Настоящите методи не бяха подходящи за произволни изчисления. Учените от Caltech успяха да преодолеят това ограничение и представиха технология, която може да изпълнява произволни алгоритми, използвайки един основен набор от условно логически ДНК елементи и извадка от 355 основни ДНК последователности, отговорни за алгоритъма за „изчисление“ - аналог на компютърни инструкции. Логическо „семе“ и набор от „инструкции“ се въвеждат във физиологичния разтвор, след което започва изчислението – сглобяването на последователността.

Основният елемент или „семето” е ДНК гънка (ДНК оригами) – нанотръба с дължина 150 nm и диаметър 20 nm. Структурата на „семето“ остава практически непроменена, независимо от алгоритъма, който ще бъде изчислен. Периферията на „семето” се формира по такъв начин, че в края му започва сглобяването на ДНК последователности. Известно е, че растящата верига на ДНК се сглобява от последователности, които съответстват на предложените последователности по молекулярна структура и химичен състав, а не произволно. Тъй като периферията на „семето” е представена под формата на шест условни порти, където всяка порта има два входа и два изхода, растежът на ДНК започва да се подчинява на дадена логика (алгоритъм), която, както беше споменато по-горе, е представена от даден набор от ДНК последователности от 355 основни, поставени в опции за решение.

По време на експерименти учените показаха възможността за изпълнение на 21 алгоритъма, включително броене от 0 до 63, избор на лидер, определяне на деление на три и други, въпреки че всичко не се ограничава до тези алгоритми. Процесът на изчисление протича стъпка по стъпка, докато нишките на ДНК растат на всичките шест изхода на „семето“. Този процес може да отнеме от един до два дни. Приготвянето на „семе“ отнема значително по-малко време - от час до два. Резултатът от изчисленията можете да видите със собствените си очи под електронен микроскоп. Тръбата се разгъва в лента и върху лентата, на местата на всяка стойност „1“ в ДНК последователността, е прикрепена белтъчна молекула, видима под микроскоп. Нулите не се виждат през микроскоп.

Разбира се, в представения си вид технологията далеч не извършва пълноценни изчисления. Досега е като да четеш лента от телетайп, разтеглен в продължение на два дни. Технологията обаче работи и оставя много място за подобрение. Стана ясно в каква посока можем да се движим и какво трябва да се направи, за да доближим химическите компютри.

Източник: 3dnews.ru