DNS számítógép

A DNS-számítógép  egy olyan számítási rendszer , amely a DNS- molekulák számítási képességeit használja .

Történelem

1994 -ben Leonard Adleman , a Dél-Kaliforniai Egyetem professzora bebizonyította, hogy a klasszikus kombinatorikus „ utazó eladó probléma ” (a gráf csúcsain való áthaladás legrövidebb útja) meglehetősen hatékonyan megoldható DNS kémcsővel . [1] A klasszikus számítógép-architektúrák sok számítást igényelnek, és minden lehetőséget kipróbálnak.

A DNS- módszer lehetővé teszi az összes lehetséges megoldás azonnali előállítását ismert biokémiai reakciók segítségével. Ekkor gyorsan kiszűrhető pontosan az a molekulaszál, amelybe a kívánt válasz kódolva van.

Ebből adódó problémák:

  1. Ez rendkívül fáradságos reakciósorozatot igényel, amelyet szoros felügyelet mellett hajtanak végre.
  2. Feladatméretezési probléma van.

Adleman bioszámítógépe a gráf 7 csúcsához kereste az optimális bypass útvonalat. De minél több gráfcsúcs van, annál több DNS-anyagra van szükség a bioszámítógéphez.

Kiszámították, hogy az Adleman-technikát úgy méretezve, hogy megoldja a nem 7 pont, hanem körülbelül 200 megkerülésének problémáját, az összes lehetséges megoldás megjelenítéséhez szükséges DNS-mennyiség tömege meghaladja bolygónk tömegét.

2002-ben az izraeli Rehovotban található Weizmann Institute of Science kutatói egy enzimekből és DNS - molekulákból álló programozható molekuláris számítógépet vezettek be. [2] 2004. április 28-án Ehud Shapiro, Yaakov Benenson, Binyamin Gil, Uri Ben-Dor és Rivka Adar, a Weizmann Institute of Science munkatársai a Nature folyóiratban számoltak be arról , hogy létrehoztak egy DNS-számítógépet adatbevitellel/kimenettel. modul. [3]

2013 januárjában a kutatóknak sikerült DNS-kódolniuk több JPEG fényképet , Shakespeare-szonettkészletet és egy hangfájlt . [négy]

2013 márciusában a kutatók létrehoztak egy transzkriptort (biológiai tranzisztort). [5]

2019-ben a molekuláris biológusok egy csoportja Chunlei Guo, a Rochesteri Egyetem munkatársa vezetésével olyan DNS-alapú számítástechnikai rendszert hozott létre, amely 10 bites számokból négyzetgyököt von ki. [6]

Hogyan működik

A DNS-szálak négy nitrogénbázist tartalmaznak : citozin , guanin , adenin , timin . A sorrendjük információt kódol. Az enzimek segítségével ez az információ megváltoztatható: a polimerázok kiegészítik a DNS-láncokat, a nukleázok pedig levágják és lerövidítik azokat. Egyes enzimek képesek DNS-szálakat vágni és összekapcsolni más enzimek - ligázok által jelzett helyeken . Így a DNS-számítógépek képesek tárolni és feldolgozni az információkat. Ezenkívül a molekulák különböző részein a kémiai reakciók egymástól függetlenül, párhuzamosan mennek végbe, ami biztosítja a számítások nagy sebességét. [7]

Benenson-Shapiro véges bioautomata

A Benenson-Shapiro State Bioautomaton egy többcélú DNS számítógépes technológia, amelyet Ehud Shapiro izraeli professzor fejlesztett ki.és Yaakov Benenson, a Weizmann Intézet munkatársa.

Olyan biomolekulák már ismert tulajdonságain alapul, mint a DNS és az enzimek . A DNS-számítógép működése hasonló a matematikában „ állapotgépként ” vagy Turing-gépként ismert elméleti eszközéhez .

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ Adleman, LM Kombinatorikus problémák megoldásainak molekuláris számítása  //  Science : Journal. - 1994. - 1. évf. 266 , sz. 5187 . - P. 1021-1024 . - doi : 10.1126/tudomány.7973651 . - Irodai . — PMID 7973651 .  — Az első DNS-számítási papír. Megoldást ír le az irányított Hamilton-pálya probléma megoldására . Itt is elérhető: Archív másolat . Letöltve: 2005. november 21. Az eredetiből archiválva : 2005. február 6..
  2. ↑ Lovgren, Stefan DNS-ből és enzimekből készült számítógép . National Geographic (2003. február 24.). Letöltve: 2009. november 26. Az eredetiből archiválva : 2015. szeptember 6..
  3. ↑ Benenson, Y.; Gil, B.; Ben-Dor, U.; Adar, R.; Shapiro, E. Egy autonóm molekuláris számítógép a génexpresszió logikai vezérléséhez  (angol)  // Nature : Journal. - 2004. - 20. évf. 429 , sz. 6990 . - P. 423-429 . - doi : 10.1038/nature02551 . — . — PMID 15116117 . . Itt is elérhető: Egy autonóm molekuláris számítógép a génexpresszió logikai szabályozásához
  4. ↑ A DNS verseket, fotókat és beszédet tárol | tudományos hírek . Letöltve: 2018. december 20. Az eredetiből archiválva : 2013. július 27.
  5. ↑ Bonnet, Jerome; Yin, Péter; Ortiz, Monica E.; Subsoontorn, Pakpoom; Andy, Drew. A genetikai logikai kapuk erősítése   // Tudomány . - 2013. - Kt. 340 . - P. 599-603 . - doi : 10.1126/tudomány.1232758 . - .
  6. ↑ A DNS kivonja a 900 gyökerét . Letöltve: 2020. január 22. Az eredetiből archiválva : 2020. január 25.
  7. ↑ A DNS-logika mint a bioszámítógép alapja . Letöltve: 2015. szeptember 9. Az eredetiből archiválva : 2015. szeptember 21..

Linkek

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák
Bibliográfiai katalógusokban
 Biomérnökség
A biomérnökség területei
Kapcsolódó cikkek
Tudósok
Népszerűsítők