Κατασκεύασαν τον πρώτο υπολογιστή με βάση το DΝΑ

Από σελίδα του Reuters, 21 Νοεμβρίου 2001

Ακολουθώντας τις οδηγίες της Μητέρας Φύσης, ισραηλινοί επιστήμονες έχουν χτίσει έναν υπολογιστή από DNA, τόσο μικροσκοπικό, που ένα τρισεκατομμύριο από αυτούς θα μπορούσε να ταιριάξει σε έναν δοκιμαστικό σωλήνα και να εκτελέσει δισεκατομμύρια διαδικασίες ανά δευτερόλεπτο με 99,8 τοις εκατό ακρίβεια. Αντί της χρησιμοποίησης αριθμών και τύπων για να λύσουν ένα πρόβλημα, η είσοδος, η έξοδος και το λογισμικό του μικροσκοπικού υπολογιστή αποτελούνται από μόρια DNA -- που αποθηκεύουν και κωδικοποιούν τις πληροφορίες στους ζωντανούς οργανισμούς.

Οι επιστήμονες βλέπουν τέτοιους υπολογιστές DNA σαν τους μελλοντικούς ανταγωνιστές για τους συμβατικότερους γνωστούς μας υπολογιστές,   επειδή η μικρογράφηση φθάνει στα όρια της και το DNA έχει τη δυνατότητα να είναι πολύ γρηγορότεροι από τους συμβατικούς υπολογιστές.

"Έχουμε χτίσει έναν υπολογιστή σε νανοκλίμακα φτιαγμένο από βιομόρια που είναι τόσο μικρός που εσείς δεν θα μπορείται να τους τρέξετε μόνο μία φορά. Όταν ένα τρισεκατομμύριο υπολογιστές τρέξουν μαζί θα είναι σε θέση να κάνουν δισεκατομμύρια διαδικασίες," λέει ο καθηγητής Ehud Shapiro του Ιδρύματος Weizmann του Ισραήλ.

Αυτή είναι η πρώτη προγραμματιζόμενη αυτόνομη υπολογιστική μηχανή στην οποία η είσοδος, η έξοδος, το λογισμικό και το υλικό, αποτελούνται όλα από βιομόρια.

Αν και είναι πάρα πολύ απλό, για να έχει οποιεσδήποτε άμεσες εφαρμογές, θα μπορούσε να αποτελέσει τη βάση ενός υπολογιστή DNA στο μέλλον που θα μπορούσε ενδεχομένως να λειτουργήσει μέσα στα ανθρώπινα κύτταρα και να ενεργήσει ως συσκευή ελέγχου ικανή να βρίσκει τις αλλαγέs που τουs προκαλούν οι ασθένειεs, ώστε να συνθέτει τα κατάλληλα φάρμακα για τπν ίασή τουs.

Το μοντέλο αυτό θα μπορούσε επίσης να αποτελέσει τη βάση υπολογιστών, ώστε να χρησιμοποιηθεί για να επιταχύνει την απόκτηση της γνώσης μας για το DNA.

ΤΕΡΑΣΤΙΑ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑ

Το DNA μπορεί να φυλάξει περισσότερες πληροφορίες σε ένα κυβικό εκατοστόμετρο από ένα τρισεκατομμύριο CD. Η διπλή μοριακή έλικα που περιέχει τα ανθρώπινα γονίδια καταχωρεί τα στοιχεία, πάνω σε τέσσερις χημικές βάσεις -- γνωστές από τα γράμματα Α,T, C και G -- δίνοντας του την τεράστια ικανότητα μνήμης, στην οποία οι επιστήμονες τώρα μόνο αρχίζουν να την αγγίζουν.

"Το ζωντανό κύτταρο περιέχει απίστευτες μοριακές μηχανές που χειρίζονται την πληροφορία -κωδικοποιώντας μόρια όπως το DNA και το RNA (ο χημικός ξάδελφός του) με τρόπους που είναι βασικά πολύ παρόμοιοι με τον υπολογισμό,"   είπε ο Shapiro, ο επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας που ανέπτυξε τον υπολογιστή DNA.

"Δεδομένου ότι δεν ξέρουμε πώς να τροποποιήσουμε αποτελεσματικά αυτές τις μηχανές ή να δημιουργήσουμε νέες ακόμα, το τέχνασμα είναι να βρούμε φυσικές υπάρχουσες μηχανές που, όταν συνδυάζονται, μπορούν να οδηγηθούν για να υπολογίζουν πραγματικά," πρόσθεσε.

Γράφοντας στο επιστημονικό περιοδικό Nature, ο Shapiro και η ομάδα του περιγράφουν τον υπολογιστή DNA τους, ο οποίος είναι ένα μοριακό μοντέλο μιας από τις απλούστερες μηχανές υπολογισμού.

Τα στοιχεία αντιπροσωπεύονται από ζευγάρια μορίων σε ένα σκέλος του DNA και δύο φυσικά ένζυμα ενεργούν ως υλικό για να διαβάσουν, να αντιγράψουν και να χειριστούν τον κώδικα. .

Οταν όλα αναμιγνύονται μαζί στον δοκιμασικό σωλήνα, το λογισμικό και το υλικό λειτουργούν στο μόριο εισόδου για να δημιουργήσουν την έξοδο.

Ο υπολογιστής DNA έχει επίσης μια πολύ μικρή κατανάλωση ενέργειας, έτσι εάν τεθεί μέσα στο κύτταρο, δεν θα απαιτούσε πολλή ενέργεια για να λειτουργήσει.

Ο υπολογισμός με DNA είναι ένας πολύ νέος κλάδος της επιστήμης, που άρχισε λιγότερο από μιά δεκαετία πριν, όταν ανέπτυξε  το πεδίο, ο Leonard Adleman του Πανεπιστημίου της Νότιας Καλιφόρνιας, με τη χρησιμοποίηση του DNA σε έναν σωλήνα δοκιμής για να λύσει ένα μαθηματικό πρόβλημα.

Οι επιστήμονες σε όλη την υδρόγειο προσπαθούν τώρα να παντρεψουν την τεχνολογία υπολογιστών και τη βιολογία  με τη χρησιμοποίηση φυσικού σχεδίου για να επεξεργαστούν τις πληροφορίες.