Un team di scienziati guidato da ricercatori dell'Università Caltech è riuscito a compiere un piccolo ma significativo passo avanti nello sviluppo di computer chimici liberamente programmabili. Come elementi computazionali di base in tali sistemi vengono utilizzati insiemi di DNA che per la loro essenza naturale hanno la capacità di auto-organizzarsi e crescere. Tutto ciò che serve affinché i sistemi informatici basati sul DNA funzionino è acqua calda e salmastra, un algoritmo di crescita codificato nel DNA e un insieme base di sequenze di DNA.
Fino ad ora, il "calcolo" con il DNA è stato effettuato utilizzando esclusivamente una singola sequenza. I metodi attuali non erano adatti per calcoli arbitrari. Gli scienziati del Caltech sono stati in grado di superare questa limitazione e hanno presentato una tecnologia in grado di eseguire algoritmi arbitrari utilizzando un insieme base di elementi di DNA condizionatamente logici e un campione di 355 sequenze di DNA di base responsabili dell'algoritmo di "calcolo" - un analogo delle istruzioni del computer. Nella soluzione salina vengono introdotti un “seme” logico e una serie di “istruzioni”, dopodiché inizia il calcolo, l’assemblaggio della sequenza.
L'elemento base o “seme” è una piega del DNA (origami del DNA) - un nanotubo lungo 150 nm e con un diametro di 20 nm. La struttura del “seme” rimane praticamente invariata indipendentemente dall’algoritmo che verrà calcolato. La periferia del “seme” è formata in modo tale che alla sua estremità inizia l'assemblaggio delle sequenze di DNA. È noto che il filamento crescente di DNA è assemblato da sequenze che corrispondono alle sequenze proposte nella struttura molecolare e nella composizione chimica, e non in modo casuale. Poiché la periferia del “seme” è rappresentata sotto forma di sei porte condizionali, dove ciascuna porta ha due ingressi e due uscite, la crescita del DNA inizia a obbedire a una determinata logica (algoritmo) che, come menzionato sopra, è rappresentata da un dato insieme di sequenze di DNA di 355 basi collocate in una soluzione opzionale.
Durante gli esperimenti, gli scienziati hanno mostrato la possibilità di eseguire 21 algoritmi, incluso il conteggio da 0 a 63, la scelta di un leader, la determinazione della divisione per tre e altri, sebbene tutto non si limiti a questi algoritmi. Il processo di calcolo procede passo dopo passo, man mano che i filamenti di DNA crescono su tutti e sei gli output del “seme”. Questo processo può richiedere da uno a due giorni. La produzione di un "seme" richiede molto meno tempo, da un'ora a due. Il risultato dei calcoli può essere visto con i propri occhi al microscopio elettronico. Il tubo si apre formando un nastro e sul nastro, nelle posizioni di ciascun valore "1" sulla sequenza del DNA, è attaccata una molecola proteica visibile al microscopio. Gli zeri non sono visibili al microscopio.
Naturalmente, nella sua forma presentata, la tecnologia è ben lungi dall’eseguire calcoli completi. Finora è come leggere un nastro da una telescrivente, esteso su due giorni. Tuttavia, la tecnologia funziona e lascia ampi margini di miglioramento. È diventato chiaro in quale direzione possiamo muoverci e cosa occorre fare per avvicinare i computer chimici.
Fonte: 3dnews.ru