211service.com
Wat kunnen op DNA gebaseerde computers doen?
Al meer dan 20 jaar , hebben onderzoekers onderzocht hoe DNA kan worden gebruikt als materiaal voor computers. Het klinkt veelbelovend vanwege de ongelooflijke dichtheid van gegevens in DNA: het slaat alle informatie en instructies op die nodig zijn om een menselijk lichaam te bouwen en te besturen. Sommige onderzoekers zijn erin geslaagd om te coderen lange teksten in DNA; anderen hebben het molecuul gebruikt om eenvoudige logische poorten en circuits te maken, de basisbouwstenen van computergebruik. Maar het op deze manier gebruiken van DNA is onhoudbaar traag voor het soort werk dat we van computers verwachten. Hoogstwaarschijnlijk zal DNA-computing worden gebruikt om in levende cellen te werken en te combineren met hun bestaande machines, waardoor nieuwe methoden voor ziektedetectie en -behandeling mogelijk worden.
Onderzoekers in Israël en aan het Wyss Institute van Harvard gebruikten de hier weergegeven origami-methode, die kleine objecten maakt van gevouwen DNA-strengen, om een robot op nanoschaal te maken waarvan de twee helften door een scharnier met elkaar verbonden waren.
Hoe werkt het?
Traditionele computers gebruiken een reeks logische poorten die verschillende inputs omzetten in een voorspelbare output. Een transistor wordt bijvoorbeeld in- of uitgeschakeld door de invoer van hoge of lage spanning. Met DNA kan de manier waarop de moleculen kunnen worden geactiveerd om met elkaar te binden, worden gebruikt om een circuit van logische poorten in reageerbuizen te creëren. In één methode, genaamd DNA streng verplaatsing , verdringt de invoer van DNA die bindt aan een logische DNA-poort een DNA-streng die als uitvoer dient. Veel poorten kunnen in een circuit worden gecombineerd: elk uitgangs-DNA zal binden aan de volgende logische poort totdat een voorspelbare terminale uitgangsstreng is vrijgemaakt. (Wetenschappers kunnen de eindstreng laten fluoresceren zodat deze gemakkelijk kan worden gelezen.)
Bij een andere methode kan ingevoerd DNA binden aan een logische DNA-poort en natuurlijk voorkomende enzymen activeren zoals polymerasen en nucleasen om strengen DNA te knippen. Deze kunnen zich vervolgens binden met andere strengen in een continue reeks reacties of een fluorescerend uitgangssignaal vertonen.
Levende cellen
Onderzoekers in Israël vorig jaar vertoond dat DNA-logische poorten ook kunnen werken in levende dieren, met name kakkerlakken. De onderzoekers creëerden DNA opgevouwen als origami om wat ze robots op nanoschaal noemden te maken. De nano-robots fungeren als de invoerstreng in de computersequentie: ze binden aan DNA-logische poorten, een proces dat de vorm van de robots verandert, zodat ze hun nuttige lading blootleggen. De nuttige lading kan een molecuul zijn, zoals een korte DNA-sequentie, een antilichaam of een enzym. Als de payload een tweede robot kan activeren of deactiveren, zal dit een circuit creëren in een levende cel.
Andere onderzoekers hebben ook aangetoond, in een vroeg stadium van werk , hoe DNA-computers kunnen worden gebruikt voor uiterst nauwkeurige detectie van kankers. Ze zouden dit doen door een bepaalde output te genereren als een cel te veel van een bepaald gen tot expressie brengt of bepaalde sequenties van microRNA .
Een nieuwe taal
Op DNA gebaseerd computergebruik vereist zoiets als een nieuwe programmeertaal. Bij de eerste experimenten werd gebruik gemaakt van modellen van de reacties die optreden met een bepaalde set ingrediënten. microsoft heeft sindsdien een taal ontwikkeld die het de Gereedschap voor DNA-strengverplaatsing , die kan worden gebruikt om de DNA-sequenties te ontwerpen die nodig zijn om circuits te laten lopen en die kunnen modelleren hoe de reacties in elk circuit zullen plaatsvinden.
de afhaalmaaltijd
Het is onwaarschijnlijk dat DNA-computertechnologie conventionele siliciumcomputers zal vervangen. Maar binnen vijf tot tien jaar zouden op DNA gebaseerde computers kunnen worden getest voor medische toepassingen.
Heb je een grote vraag? Stuur suggesties naar [email protected].