과학자들은 DNA를 논리 게이트로 전환: 화학 컴퓨터를 향한 한 걸음

Caltech University의 연구원들이 이끄는 과학자 팀은 자유롭게 프로그래밍 가능한 화학 컴퓨터 개발에 작지만 중요한 단계를 밟을 수 있었습니다. 이러한 시스템의 기본 계산 요소로 DNA 세트가 사용되며, 이는 자연적 본질에 따라 자가 조직화 및 성장할 수 있는 능력을 가지고 있습니다. DNA 기반 컴퓨팅 시스템이 작동하는 데 필요한 것은 따뜻한 기수, DNA에 암호화된 성장 알고리즘, 기본 DNA 서열 세트뿐입니다.

지금까지 DNA를 사용한 "컴퓨팅"은 단일 시퀀스를 사용하여 엄격하게 수행되었습니다. 현재의 방법은 임의의 계산에 적합하지 않았습니다. Caltech의 과학자들은 이러한 한계를 극복할 수 있었고 조건부 논리적 DNA 요소의 기본 세트 하나와 컴퓨터 명령과 유사한 "계산" 알고리즘을 담당하는 355개의 기본 DNA 시퀀스 샘플을 사용하여 임의의 알고리즘을 실행할 수 있는 기술을 제시했습니다. 논리적인 "시드"와 일련의 "명령"이 식염수 용액에 도입된 후 계산이 시작됩니다. 즉, 시퀀스가 ​​조립됩니다.

기본 요소 또는 "씨앗"은 길이 150nm, 직경 20nm의 나노튜브인 DNA 접기(DNA 종이접기)입니다. "시드"의 구조는 계산되는 알고리즘에 관계없이 사실상 변경되지 않습니다. "씨앗"의 주변은 그 끝에서 DNA 서열의 조립이 시작되는 방식으로 형성됩니다. 성장하는 DNA 가닥은 무작위가 아닌 분자 구조 및 화학 조성에서 제안된 서열과 일치하는 서열로 조립되는 것으로 알려져 있습니다. "시드"의 주변은 355개의 조건부 게이트 형태로 표현되며, 각 게이트에는 XNUMX개의 입력과 XNUMX개의 출력이 있으므로 DNA의 성장은 위에서 언급한 대로 다음과 같이 표현되는 주어진 논리(알고리즘)를 따르기 시작합니다. 솔루션 옵션에 배치된 XNUMX개의 기본 DNA 서열 세트.

실험 중에 과학자들은 21부터 0까지 계산, 리더 선택, 63으로 나누기 결정 등을 포함하여 1개의 알고리즘을 실행할 가능성을 보여 주었지만 모든 것이 이러한 알고리즘에 국한되지는 않습니다. DNA 가닥이 "씨앗"의 XNUMX개 출력 모두에서 성장함에 따라 계산 과정은 단계적으로 진행됩니다. 이 과정은 XNUMX~XNUMX일이 소요될 수 있습니다. "씨앗"을 만드는 데는 한 시간에서 두 시간으로 훨씬 적은 시간이 걸립니다. 계산 결과는 전자현미경으로 직접 눈으로 볼 수 있다. 튜브는 테이프로 펼쳐지고, 테이프에는 DNA 서열의 각 "XNUMX" 값 위치에 현미경으로 볼 수 있는 단백질 분자가 부착됩니다. XNUMX은 현미경으로 볼 수 없습니다.

물론, 제시된 형태로는 이 기술이 본격적인 계산을 수행하는 것과는 거리가 멀습니다. 지금까지는 이틀에 걸쳐 텔레타이프에서 테이프를 읽는 것과 같습니다. 그러나 기술은 효과가 있으며 개선의 여지가 많이 남아 있습니다. 우리가 어느 방향으로 나아갈 수 있는지, 그리고 화학 컴퓨터를 더 가깝게 만들기 위해 무엇을 해야 하는지가 분명해졌습니다.

출처 : 3dnews.ru