Dipercayai bahawa DNA akan menyelamatkan kita dari komputer. Dengan kemajuan dalam penggantian transistor silikon, komputer DNA berjanji akan memberi kita senibina pengkomputeran selari yang besar pada masa ini. Tetapi inilah tangkapannya: litar mikro molekul yang telah diciptakan hingga sekarang sama sekali tidak mempunyai fleksibiliti. Hari ini, menggunakan DNA untuk mengira adalah seperti "membina komputer baru dari perkakasan baru untuk menjalankan satu program," kata saintis David Doty.
Doty, seorang profesor di University of California, Davis, dan rakan-rakannya memutuskan untuk mengetahui apa yang diperlukan untuk membina komputer DNA yang sebenarnya dapat diprogramkan semula.
Komputer DNA
Dalam makalah yang diterbitkan minggu ini dalam jurnal Nature, Doty dan rakan-rakan di University of California dan Maynooth menunjukkan hal itu. Mereka menunjukkan bahawa pemicu sederhana dapat digunakan untuk memaksa kumpulan molekul DNA yang sama untuk menerapkan banyak algoritma. Walaupun penyelidikan ini masih bersifat penyelidikan, algoritma molekul yang dapat diprogram kembali dapat digunakan di masa depan untuk memprogramkan robot DNA yang telah berhasil mengirimkan obat ke sel-sel barah.
Dalam komputer elektronik seperti yang anda gunakan untuk membaca artikel ini, bit adalah unit maklumat binari yang memberitahu komputer apa yang harus dilakukan. Mereka mewakili keadaan fizikal diskrit dari peralatan yang mendasari, biasanya dengan adanya atau tidak adanya arus elektrik. Bit ini - atau bahkan isyarat elektrik yang menerapkannya - dihantar melalui litar yang terdiri daripada gerbang yang melakukan operasi pada satu atau lebih bit input dan memberikan satu bit sebagai output.
Dengan menggabungkan blok bangunan sederhana ini berulang-ulang kali, komputer dapat menjalankan program yang sangat kompleks. Idea di sebalik pengkomputeran DNA adalah untuk menggantikan isyarat elektrik dengan asid nukleik - silikon - dengan ikatan kimia, dan membuat perisian biomolekul. Menurut Eric Winfrey, seorang saintis komputer di Caltech dan pengarang bersama karya itu, algoritma molekul menggunakan kemampuan pemprosesan maklumat semula jadi yang tertanam dalam DNA, tetapi bukannya memberikan kawalan kepada alam, "proses pertumbuhan dikendalikan oleh komputer."
Video promosi:
Selama 20 tahun terakhir, beberapa eksperimen telah menggunakan algoritma molekul untuk perkara seperti bermain tic-tac-toe atau memasang pelbagai bentuk. Dalam setiap kes ini, urutan DNA harus dirancang dengan teliti untuk membuat satu algoritma tertentu yang akan menghasilkan struktur DNA. Apa yang berbeza dalam kes ini ialah penyelidik telah mengembangkan sistem di mana serpihan DNA asas yang sama dapat diperintahkan untuk membuat algoritma yang sama sekali berbeza dan, oleh itu, produk akhir yang sama sekali berbeza.
Proses ini dimulakan dengan origami DNA, kaedah melipat sekeping panjang DNA ke bentuk yang diinginkan. DNA yang digulung ini berfungsi sebagai "benih" (benih), yang memulakan penghantar algoritma, sama seperti karamel secara bertahap tumbuh di tali yang dicelupkan ke dalam air gula. Benihnya tetap sama tanpa mengira algoritma, dan perubahan dibuat hanya dalam beberapa urutan kecil untuk setiap eksperimen baru.
Setelah para saintis mencipta benih, mereka menambahkannya ke larutan 100 helai DNA lain, serpihan DNA. Fragmen ini, masing-masing terdiri daripada susunan unik 42 asas nukleik (empat sebatian biologi utama yang membentuk DNA), diambil dari koleksi 355 serpihan DNA yang dibuat oleh para saintis. Untuk membuat algoritma yang berbeza, saintis mesti memilih satu set pecahan permulaan yang berbeza. Algoritma molekul yang melibatkan jalan rawak memerlukan set serpihan DNA yang berbeza yang digunakan oleh algoritma untuk mengira. Apabila kepingan DNA ini bergabung bersama semasa pemasangan, mereka membentuk litar yang menerapkan algoritma molekul terpilih pada bit input yang disediakan oleh benih.
Dengan menggunakan sistem ini, saintis mencipta 21 algoritma yang berbeza yang dapat melakukan tugas seperti mengenali gandaan tiga, memilih pemimpin, menghasilkan corak, dan mengira hingga 63. Semua algoritma ini dilaksanakan menggunakan kombinasi yang berbeza dari 355 serpihan DNA yang sama.
Sudah tentu, menulis kod dengan memasukkan serpihan DNA ke dalam tabung uji tidak akan berfungsi, tetapi keseluruhan idea ini mewakili model untuk lelaran masa depan komputer fleksibel berdasarkan DNA. Sekiranya Doty, Winfrey, dan Woods berjaya, pengaturcara molekul esok tidak akan memikirkan biomekanik yang mendasari program mereka dengan cara yang sama seperti pengaturcara moden tidak perlu memahami fizik transistor untuk menulis perisian yang baik.
Potensi penggunaan teknik pemasangan nano ini sangat mengejutkan, tetapi ramalan ini berdasarkan pemahaman kita mengenai nano skala yang agak terhad. Alan Turing tidak dapat meramalkan kemunculan Internet, jadi mungkin ada beberapa aplikasi informatika molekul yang tidak dapat difahami.
Ilya Khel
