Vytvoril počítača založeného na DNA, čo nakoniec môže byť preprogramované

Predpokladá sa, že DNA nás zachráni z počítačov. Vďaka pokrokom v nahradení kremíkových tranzistorov, počítačov založených na DNA sľubujú nám poskytnúť masívne paralelné výpočtové architektúry, sú teraz nemožné. Ale tu je ten háčik: Molekulárna okruhy, ktoré boli vytvorené až do teraz, nemal absolútne žiadnu flexibilitu. V súčasnej dobe je použitie DNA pre výpočet - je to to isté ako "vytvoriť nový počítač od nových zariadení prevádzkovať len jeden program," povedal vedec David Doty.

Doty, profesor na University of California v Davise a jeho kolegovia sa rozhodli zistiť, čo je potrebné k vytvoreniu DNA počítač, ktorý možno skutočne preprogramovať.

Počítačové DNA

V článku publikovanom tento týždeň v časopise Nature, Doty a jeho kolegovia z University of California a University of Maynooth preukázala len to. Tie ukázali, že je možné použiť jednoduchý spúšťač, aby sa rovnakú základnú sadu molekúl DNA realizovať rad rôznych algoritmov. Aj keď tento výskum je stále prieskumné v prírode, v budúcnosti môže byť použitá programovateľná molekulárne algoritmy pre naprogramovanie robotov DNA, ktoré sa už úspešne doručená liekov pre rakovinové bunky.

"To je jeden z najdôležitejších prác v tejto oblasti," hovorí Lars-Thorsten Schmidt, docent katedry experimentálnych biofyziky na Kent State University, ktorý nebol zapojený do štúdie. "Predtým algoritmické self-montáž, ale nie do tej miery obtiažnosti."

V elektronických počítačov, ako je skutočnosť, že používate čítať tento článok - bity sú binárne bitov informácií, ktoré hovoria počítaču, čo má robiť. Predstavujú diskrétny fyzický stav hardvérom, typicky vo forme prítomnosti alebo neprítomnosti elektrického prúdu. Tieto bity - alebo dokonca aj elektrické signály, ktoré ich implementujú - sú prenášané cez obvod skladajúci sa z logických prvkov, ktoré vykonávajú operácie s jedným alebo viacerými vstupných bitov a vydávajú jeden bit ako výstup.

Znovu a znovu Kombináciou týchto jednoduchých stavebných blokov, môžu počítače bežať prekvapivo sofistikované programy. Myšlienka DNA na počítači, je nahradiť chemické väzby elektrických signálov a nukleové kyseliny - kremík, a vytvoriť biomolekulárnej softvéru. Podľa Erik Winfree, erudovaný z Caltech a spoluprácu, molekulárnej algoritmy použiť prirodzenú schopnosť spracovávať informácie našitý na DNA, ale namiesto toho, aby riadiaci povahy, "kontrolný rast proces počítačov."

Za posledných 20 rokov v niekoľkých pokusoch, molekulárne algoritmy pre veci, ako je Piškvorky alebo montáž rôznych kusov. V každom z týchto prípadov je DNA sekvencie museli byť starostlivo navrhnutý tak, aby špecifický algoritmus vygenerovať štruktúru DNA. To, čo je v tomto prípade skutočnosť, že výskumní pracovníci vyvinuli systém, v ktorom môžu byť rovnaké základné fragmenty DNA objednaný vytvoriť úplne rôzne algoritmy, a tým tiež rôzne konečné produkty. Tento proces začína metódou DNA origami skladanie dlhý úsek DNA, do požadovaného tvaru. Tento kus DNA slúži ako zložený "Sid" (semená, semená), ktorá spúšťa algoritmický dopravník, rovnako ako niť, v zníženej podsaharennyh vody postupne rastie karamel. Semeno zostáva do značnej miery rovnaké bez ohľadu na algoritme, a zmeny sú vykonávané len na niekoľko menších sekvencie pre každý nový pokus.

Akonáhle výskumníci vytvorené osivo sa pridá vo forme roztoku 100 iných reťazcov DNA, DNA fragmentov. Tieto fragmenty, z ktorých každá sa skladá z jedinečnej polohe 42 nukleobází (štyri hlavné biologické zlúčeniny, ktoré obsahujú DNA), sú z veľkej zbierky DNA fragmentov 355 vytvára vedci. Ak chcete vytvoriť iný algoritmus, vedci je potrebné zvoliť inú sadu východiskových fragmentov. Molekulárna algoritmus zahŕňa náhodné prechádzky, vyžaduje rôzne sady fragmentov DNA, ktorý využíva algoritmus na výpočet. Vzhľadom k tomu, tieto fragmenty DNA boli pri montáži spojené, tvoria obvod, ktorý implementuje zvolený molekulárnej algoritmu na vstupných bitov poskytnutých LED.

Pomocou tohto systému, vedci vytvorili 21 rôznych algoritmov, ktoré môžu vykonávať úlohy, ako je rozpoznanie násobky troch, výber vedenie, vzory generácie a skóre až 63. Všetky tieto algoritmy boli vykonané za použitia rôznych kombinácií rovnakých fragmentov 355 DNA. Samozrejme, písať kód od pádu fragmenty DNA do skúmavky, kým si to, ale celá táto vec je model pre budúce iterácie flexibilné počítačovú DNA. Ak Doty, Winfrey a Woods má svoju cestu, molekulárnej programátori zajtrajška ani myslieť nebudú biomechanika podkladových svoje programy rovnakým spôsobom ako moderné programátori nemajú pochopiť fyziku tranzistorov napísať dobrý softvér.

Potenciálne využitie tejto technológie nanočastíc zhromaždenia predstavivosti, ale tieto odhady sú založené na našich relatívne obmedzené chápanie nanoškále svete. Alan Turing nemohol predvídať vznik internetu, takže môžeme očakávať uplatnenie molekulárnych informatiky nezrozumiteľný.

Čo bude môcť molekulárnych počítačov? Povedzte nám to v našom chate v telegrame.