Главная  Информация для покупателей  Новости науки  Биохимическая логическая схема может производить математические вычисления

Биохимическая логическая схема может производить математические вычисления

03 февраля 2020


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.

info03-02-20-imgs_SMM_0010_3

Другая информация
27 декабря 2021
Изучены особенности структуры микобактериальной АТФ-синтазы для борьбы с туберкулезом

Одной из стратегий борьбы с растущей угрозой туберкулеза является выявление множества ингибиторов, действующих на разные участки микобактериальной АТФ-синтазы.

23 декабря 2021
Испытан новый метод квантовой магнитной визуализации на примере органелл железа в улитке голубя

Подтвердились предположения о неуловимых физиологических ролях кутикулосом, которые, как оказалось, в основном состоят из ферригидрита оксида железа.

20 декабря 2021
Выявлена структура бактерий, опосредующих круговорот углерода в почве

Для этого ученые измерили динамику ассимиляции углерода различными микроорганизмами при их взаимодействии в почве.

16 декабря 2021
Нейроны Hugin+ связывают гомеостат сна и нейроны циркадных часов

Ученые описали механизм, с помощью которого сон иногда может происходить в неправильное циркадное время суток. Все зависит от активности нейронов Hugin+.

13 декабря 2021
Белки холерного вибриона образуют трехсторонний цитолитический токсин

Этот токсин может способствовать приспособленности и потенциалу вирулентности холерного вибриона в различных средах и организмах-хозяевах.

Вся информация


Сайт использует файлы cookies. Продолжая просматривать сайт Вы соглашаетесь с использованием cookies. Хорошо!