Een team van wetenschappers onder leiding van onderzoekers van Caltech University heeft een kleine maar belangrijke stap kunnen zetten in de ontwikkeling van vrij programmeerbare chemische computers. Als fundamentele computerelementen in dergelijke systemen worden DNA-sets gebruikt, die door hun natuurlijke essentie het vermogen hebben om zichzelf te organiseren en te groeien. Het enige wat nodig is om op DNA gebaseerde computersystemen te laten werken is warm, brak water, een groei-algoritme gecodeerd in DNA, en een basisset van DNA-sequenties.
Tot nu toe gebeurde het ‘computeren’ met DNA uitsluitend met behulp van één enkele sequentie. De huidige methoden waren niet geschikt voor willekeurige berekeningen. Wetenschappers van Caltech waren in staat deze beperking te overwinnen en presenteerden een technologie die willekeurige algoritmen kan uitvoeren met behulp van één basisset van voorwaardelijk logische DNA-elementen en een monster van 355 fundamentele DNA-sequenties die verantwoordelijk zijn voor het ‘berekenings’-algoritme – een analoog van computerinstructies. Een logisch ‘zaadje’ en een reeks ‘instructies’ worden in de zoutoplossing geïntroduceerd, waarna de berekening begint: het samenstellen van de reeks.
Het basiselement of “zaad” is een DNA-vouw (DNA-origami) - een nanobuisje van 150 nm lang en 20 nm in diameter. De structuur van het ‘zaad’ blijft vrijwel ongewijzigd, ongeacht het algoritme dat wordt berekend. De periferie van het ‘zaad’ is zo gevormd dat aan het uiteinde de assemblage van DNA-sequenties begint. Het is bekend dat de groeiende DNA-streng is samengesteld uit sequenties die qua moleculaire structuur en chemische samenstelling overeenkomen met de voorgestelde sequenties, en niet willekeurig. Omdat de periferie van het ‘zaad’ wordt weergegeven in de vorm van zes voorwaardelijke poorten, waarbij elke poort twee ingangen en twee uitgangen heeft, begint de groei van DNA een bepaalde logica (algoritme) te gehoorzamen die, zoals hierboven vermeld, wordt weergegeven door een gegeven set DNA-sequenties van 355 basische sequenties geplaatst in een oplossingsoptie.
Tijdens experimenten toonden wetenschappers de mogelijkheid om 21 algoritmen uit te voeren, waaronder het tellen van 0 tot 63, het kiezen van een leider, het bepalen van deling door drie en andere, hoewel alles niet beperkt is tot deze algoritmen. Het berekeningsproces verloopt stap voor stap, terwijl de DNA-strengen groeien op alle zes de uitgangen van het “zaadje”. Dit proces kan één tot twee dagen duren. Het maken van een "zaadje" kost aanzienlijk minder tijd - van een uur tot twee. Het resultaat van de berekeningen kun je met eigen ogen bekijken onder een elektronenmicroscoop. De buis ontvouwt zich tot een tape en op de tape wordt op de locaties van elke "1" -waarde op de DNA-sequentie een eiwitmolecuul bevestigd dat zichtbaar is onder een microscoop. Nullen zijn niet zichtbaar door een microscoop.
Natuurlijk is de technologie in de gepresenteerde vorm verre van het uitvoeren van volwaardige berekeningen. Tot nu toe lijkt het op het lezen van een cassettebandje, gespreid over twee dagen. De technologie werkt echter en laat veel ruimte voor verbetering. Het werd duidelijk in welke richting we kunnen bewegen, en wat er moet gebeuren om chemische computers dichterbij te brengen.
Bron: 3dnews.ru