Биохимическая логическая схема может производить математические вычисления

Недавно мир узнал об интересном открытии совместно работающих китайских и американских молекулярных биологов. Оно состоит в том, что созданная ими вычислительная система, функционирующая на основе происходящих внутри нее реакциях нуклеиновых кислот, смогла извлекать квадратные корни. Данные в эту систему водятся посредством одноцепочечных молекул ДНК, а ответ получают, считывая флуоресцентные сигналы. Интересен тот факт, что таким образом ДНК-вычислитель способен оперировать с числами, размер которых находится в пределах 10 бит. А это означает, что биохимическая схема может извлекать квадратный корень из 900.

Как ученые добились такого результата? В первую очередь, изобретение базировалось на способности молекул ДНК хранить и передавать большие объемы информации. Уже давно ученые говорили о создании таких искусственных информационных систем, но только в последнее десятилетие им удалось реализовать это, используя специальное лабораторное оборудование и новейшие вычислительные системы. Так, мы получили с помощью ДНК записи музыки и учебников. Информация на таком источнике способна хранится не меньше, чем бесконечно, единственная сложность состоит лишь в её расшифровке. Тем не менее, при участии молекул ДНК стало возможным создавать и простейшие вычислительные системы, такие, как биохимическая схема. Её элементами, помимо ДНК, также могут выступать белки, наночастицы и РНК. Реакции, которые можно производить с этими элементами, уже хорошо знакомы и предсказуемы, а методики работы с ними уже хорошо проработаны учеными всего мира. Таким образом, не стало проблемой воссоздать реакции замещения цепи ДНК и её дальнейшей гибридизации. При этом в пользу учёных сыграло и отсутствия в данной системе каталитических ферментов и нуклеиновых кислот, что говорит об упрощении системы и более быстром достижении высокого уровня сложности производимых схемой логических операций.

Чтобы вычислять квадратные корни, были использованы ДНК, имеющие определенную последовательность нуклеотидов. Выискивая в смеси определенные цепочки, ученые задавали значение «1», если они присутствовали в ней, и «0», если нет. Сама смесь ДНК входила во взаимодействие с платформой из трёх одноцепочечных ДНК, связанных с люминесцентными частицами. Когда взаимодействие с участком ДНК осуществлялось, частица активировалась, испуская свет определенных длин волн. Свет с разными длинами волн соответствовал какому-либо разряду данных. В итоге, по различным цветам люминофоров можно было собирать данные в двоичной системе и переводить в привычную десятичную.

Несмотря на то, что данный подход считается довольно узким, конкретным для текущей задачи, всё же такая схема может стать основой сложных биохимических вычислительных систем. Ведь в дальнейшем возможно не только вычисление корней из чисел, но и другие математические (и не только) операции.

---

Бренды по теме

Huber Kältemaschinenbau VELP Scientifica IKA WTW