DNA computer

En DNA-computer  er et computersystem, der bruger DNA- molekylernes beregningsmuligheder .

Historie

I 1994 demonstrerede Leonard Adleman , professor ved University of Southern California , at det klassiske kombinatoriske " rejsende sælgerproblem " (den korteste vej til at krydse hjørnerne af en graf) kunne løses ganske effektivt med et reagensglas med DNA . [1] Klassiske computerarkitekturer kræver en masse beregninger, og prøver hver mulighed.

DNA- metoden giver dig mulighed for straks at generere alle mulige løsninger ved hjælp af kendte biokemiske reaktioner. Så er det muligt hurtigt at frafiltrere præcis den molekyle-tråd, hvori det ønskede svar er kodet .

Problemer som følge af dette:

  1. Det kræver en yderst besværlig række af reaktioner, der udføres under nøje opsyn.
  2. Der er et opgaveskaleringsproblem.

Adlemans biocomputer ledte efter den optimale bypass-rute for 7 hjørner af grafen. Men jo flere grafspidser, jo mere DNA-materiale kræves der til biocomputeren.

Det er blevet beregnet, at ved at skalere Adleman-teknikken for at løse problemet med at omgå ikke 7 point, men omkring 200, vil massen af ​​den mængde DNA, der kræves for at repræsentere alle mulige løsninger, overstige massen af ​​vores planet.

I 2002 introducerede forskere ved Weizmann Institute of Science i Rehovot , Israel , en programmerbar molekylær computer bestående af enzymer og DNA-molekyler. [2] Den 28. april 2004 rapporterede Ehud Shapiro, Yaakov Benenson, Binyamin Gil, Uri Ben-Dor og Rivka Adar fra Weizmann Institute of Science i tidsskriftet Nature , at de havde skabt en DNA-computer med en datainput/-output modul. [3]

I januar 2013 var forskere i stand til at DNA-kode adskillige JPEG -fotografier , et sæt Shakespeare-sonetter og en lydfil . [fire]

I marts 2013 skabte forskere en transkriptor (biologisk transistor). [5]

I 2019 skabte en gruppe molekylærbiologer ledet af Chunlei Guo fra University of Rochester et DNA-baseret computersystem, der er i stand til at udtrække kvadratrødder fra 10-bit tal. [6]

Sådan virker det

DNA-strenge indeholder fire nitrogenholdige baser : cytosin , guanin , adenin , thymin . Deres sekvens koder for information. Ved hjælp af enzymer kan denne information ændres: polymeraser fuldender DNA-kæderne, og nukleaser skærer og forkorter dem. Nogle enzymer er i stand til at skære og forbinde DNA-strenge på de steder, der er angivet af andre enzymer - ligaser . DNA-computere kan således lagre og behandle information. Også kemiske reaktioner på forskellige dele af molekyler finder sted uafhængigt, parallelt, hvilket sikrer høj hastighed af beregninger. [7]

Benenson-Shapiro finite bioautomaton

Benenson-Shapiro State Bioautomaton er en multifunktionel DNA-computerteknologi, der udvikles af den israelske professor Ehud Shapiro .og Yaakov Benenson fra Weizmann Instituttet.

Det er baseret på de allerede kendte egenskaber ved biomolekyler som DNA og enzymer . Funktionen af ​​en DNA-computer ligner den af ​​en teoretisk enhed kendt i matematik som en " statsmaskine " eller Turing-maskine .

Se også

Noter

  1. ↑ Adleman, LM Molekylær beregning af løsninger til kombinatoriske problemer  //  Science : journal. - 1994. - Bd. 266 , nr. 5187 . - S. 1021-1024 . - doi : 10.1126/science.7973651 . - . — PMID 7973651 .  — Det første DNA-beregningspapir. Beskriver en løsning på det rettede Hamiltonske stiproblem . Findes også her: Arkiveret kopi . Hentet 21. november 2005. Arkiveret fra originalen 6. februar 2005.
  2. ↑ Lovgren, Stefan Computer lavet af DNA og enzymer . National Geographic (24. februar 2003). Hentet 26. november 2009. Arkiveret fra originalen 6. september 2015.
  3. ↑ Benenson, Y.; Gil, B.; Ben-Dor, U.; Adar, R.; Shapiro, E. En autonom molekylær computer til logisk kontrol af genekspression  (engelsk)  // Nature : journal. - 2004. - Bd. 429 , nr. 6990 . - S. 423-429 . - doi : 10.1038/nature02551 . — . — PMID 15116117 . . Også tilgængelig her: En autonom molekylær computer til logisk kontrol af genekspression
  4. ↑ DNA gemmer digte, et foto og en tale | videnskabsnyheder . Hentet 20. december 2018. Arkiveret fra originalen 27. juli 2013.
  5. ↑ Bonnet, Jerome; Yin, Peter; Ortiz, Monica E.; Subsoontorn, Pakpoom; Andy, Drew. Amplifying Genetic Logic Gates   // Videnskab . - 2013. - Bd. 340 . - S. 599-603 . - doi : 10.1126/science.1232758 . - .
  6. ↑ DNA ekstraherer roden af ​​900 . Hentet 22. januar 2020. Arkiveret fra originalen 25. januar 2020.
  7. ↑ DNA-logik som grundlag for en biocomputer . Hentet 9. september 2015. Arkiveret fra originalen 21. september 2015.

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
I bibliografiske kataloger
 Bioteknik
Områder inden for bioteknik
Relaterede artikler
Videnskabsmænd
Popularisatorer