ДНК-компьютер — вычислительная система , использующая кодирование данных последовательностями молекул ДНК и применяющая к ним технологии молекулярной биологии для выполнения вычислительных операций.

История

В 1994 году Леонард Адлеман , профессор университета Южной Калифорнии , продемонстрировал, что с помощью пробирки с ДНК можно весьма эффективно решать классическую комбинаторную « задачу о коммивояжере » (кратчайший маршрут обхода вершин графа). Классические компьютерные архитектуры требуют множества вычислений с опробованием каждого варианта.

Метод ДНК позволяет сразу сгенерировать все возможные варианты решений с помощью известных биохимических реакций. Затем возможно быстро отфильтровать именно ту молекулу-нить, в которой закодирован нужный ответ.

Проблемы, возникающие при этом:

1. Требуется чрезвычайно трудоёмкая серия реакций, проводимых под тщательным наблюдением.
2. Существует проблема масштабирования задачи.

Биокомпьютер Адлемана отыскивал оптимальный маршрут обхода для 7 вершин графа. Но чем больше вершин графа, тем больше биокомпьютеру требуется ДНК-материала.

Было подсчитано, что при масштабировании методики Адлемана для решения задачи обхода не 7 пунктов, а около 200, масса количества ДНК, необходимого для представления всех возможных решений превысит массу нашей планеты.

В 2002 году исследователи из Института Вейцмана в Реховоте , Израиль , представили программируемую молекулярную вычислительную машину, состоящую из ферментов и молекул ДНК. 28 апреля 2004 года, Эхуд Шапиро, Яаков Бененсона, Биньямин Гил, Ури Бен-Дор и Ривка Адар из Института Вейцмана сообщили в журнале « Nature » о создании ДНК-компьютера с модулем ввода-вывода данных.

В январе 2013 года исследователи смогли записать в ДНК-коде несколько фотографий JPEG , набор шекспировских сонетов и звуковой файл .

В марте 2013 года исследователи создали транскриптор (биологический транзистор).

В 2019 группой молекулярных биологов под руководством Чунлея Го из Рочестерского университета создали на основе ДНК вычислительную систему, способную извлекать квадратные корни из 10-битных чисел.

Принцип работы

Нити ДНК имеют в своём составе четыре азотистых основания : цитозин , гуанин , аденин , тимин . Их последовательность кодирует информацию. С помощью ферментов эту информацию можно изменять: полимеразы достраивают цепочки ДНК, а нуклеазы их разрезают и укорачивают. Некоторые ферменты способны разрезать и соединять цепи ДНК в местах, указываемых другими ферментами — лигазами . Таким образом, ДНК-компьютеры могут хранить и обрабатывать информацию. Также, химические реакции на разных частях молекул проходят независимо, параллельно, что обеспечивает высокую скорость вычислений.

Конечный биоавтомат Бененсона-Шапиро

Конечный биоавтомат Бененсона-Шапиро — технология многоцелевого ДНК-компьютера, разрабатываемая израильским профессором (англ.) ( и Яаковом Бененсоном из Вейцмановского института.

Его основой являются уже известные свойства биомолекул, таких как ДНК и ферменты . Функционирование ДНК-компьютера сходно с функционированием теоретического устройства, известного в математике как « конечный автомат » или машина Тьюринга .

См. также

• Биоинформатика
• Квантовый компьютер
• Молекулярный компьютер
• Нанокомпьютер
• Супрамолекулярная химия

Примечания

Ссылки

• от 13 июля 2007 на Wayback Machine