מדענים הפכו את ה-DNA לשערי הגיון: נעשה צעד לקראת מחשבים כימיים

קבוצת מדענים בראשות חוקרים מהמכון הטכנולוגי של קליפורניה הצליחה לעשות צעד קטן אך משמעותי בפיתוח של מחשבים כימיים הניתנים לתכנות שרירותית. כמרכיבי מחשוב בסיסיים במערכות כאלה, נעשה שימוש בקבוצות DNA, אשר, מטבען, יש להן יכולת ארגון עצמי ולצמוח. כל מה שנדרש להפעלת מערכות מחשוב מבוססות DNA הוא מים מליחים חמים, אלגוריתם גדילה מקודד DNA ומערכות סטנדרטיות בסיסיות של רצפי DNA.

עד כה, "חישובים" עם DNA בוצעו אך ורק תוך שימוש ברצף אחד. לחישובים שרירותיים, השיטות הקיימות לא התאימו. מדענים מ-Caltech (Caltech) הצליחו להתגבר על מגבלה זו והציגו טכנולוגיה שיכולה לבצע אלגוריתמים שרירותיים באמצעות קבוצה בסיסית אחת של רכיבי DNA לוגיים מותנים ודגימה של 355 רצפי DNA בסיסיים האחראים לאלגוריתם ה"חישוב" - אנלוגי להוראות מחשב. . "זרע" הגיוני ומערכת של "הוראות" מוכנסים לתמיסת המלוח, ולאחר מכן מתחיל החישוב - הרכבת הרצף.

היסוד הבסיסי או ה"זרע" הוא קפל DNA (אוריגמי DNA) - זהו ננו-צינור באורך 150 ננומטר ובקוטר של 20 ננומטר. מבנה ה"זרע" נשאר כמעט ללא שינוי ללא קשר לאלגוריתם שיחושב. הפריפריה של ה"זרע" נוצרת בצורה כזו שהרכבת רצפי ה-DNA מתחילה בקצה שלה. ידוע שגדיל גדל של DNA מורכב מרצפים התואמים את הרצפים המוצעים מבחינת המבנה המולקולרי וההרכב הכימי, ולא באופן אקראי. מכיוון שהפריפריה של ה"זרע" מוצגת בצורה של שישה שסתומים מותנים, כאשר לכל שסתום יש שתי כניסות ושתי יציאות, צמיחת ה-DNA מתחילה לציית ללוגיקה (אלגוריתם) נתון אשר, כאמור, מיוצג על ידי נתון סט של רצפי DNA הממוקמים בפתרון של 355 אפשרויות בסיסיות.

מדענים במהלך ניסויים הראו את האפשרות לבצע 21 אלגוריתמים, כולל ספירה מ-0 עד 63, בחירת מנהיג, קביעת חלוקה בשלושה ואחרים, אם כי הכל לא מוגבל לאלגוריתםים אלה. תהליך החישוב ממשיך שלב אחר שלב, כאשר גדילי ה-DNA גדלים בכל ששת יציאות ה"זרע". תהליך זה יכול להימשך בין יום ליומיים. זה לוקח משמעותית פחות זמן להכין "זרע" - משעה עד שעתיים. את תוצאת החישובים ניתן לראות במו עיניכם תחת מיקרוסקופ אלקטרונים. הצינור נפרש לסרט, ועל הסרט, במיקומים של כל ערך "1" ברצף ה-DNA, מחוברת מולקולת חלבון הנראית במיקרוסקופ. אפסים אינם נראים במיקרוסקופ.

כמובן, בצורה המוצגת, הטכנולוגיה רחוקה מביצוע חישובים מלאים. עד כה, זה נראה כמו קריאת קלטת מטלטייפ, שנמתחה על פני יומיים. עם זאת, הטכנולוגיה עובדת ומשאירה הרבה מקום לשיפור. התברר לאיזה כיוון אפשר לנוע, ומה צריך לעשות כדי לקרב מחשבים כימיים.

מקור: 3dnews.ru