|
Создали основу для будущих ДНК-компьютеров
|
|
|
|
На протяжении миллиардов лет жизнь использовала длинные молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты, или ДНК, для хранения информации и решения проблем. Сегодня инженеры по-своему используют ДНК-вычисления, чтобы записывать данные и выполнять функции биологических компьютеров, но до сих пор они изо всех сил пытались создать синтетическую систему, способную хранить и выполнять задачи одновременно.
|
|
|
|
Новое исследование показало, что ДНК можно упаковать и представить таким образом, чтобы она могла управлять и тем, и другим, предоставляя полный набор вычислительных функций на основе цепочек нуклеиновых кислот. В частности, мы говорим о хранении, чтении, стирании, перемещении и перезаписи данных, а также об управлении этими функциями программируемыми и воспроизводимыми способами, аналогично тому, как работал бы обычный компьютер.
|
|
|
|
Исследователи из Университета штата Северная Каролина (NC State) и Университета Джона Хопкинса в ходе экспериментов продемонстрировали, что их новый каркас из нуклеиновых кислот служит доказательством универсальности ДНК-вычислений и обладает потенциалом для создания невероятно компактных биологических машин.
|
|
|
|
"Считалось, что, хотя хранилище данных ДНК может быть полезно для долгосрочного хранения данных, было бы трудно или невозможно разработать технологию ДНК, которая охватывала бы весь спектр операций, выполняемых традиционными электронными устройствами", - говорит молекулярный биолог из университета Северной Каролины Альберт Кеунг.
|
|
|
"Мы продемонстрировали, что эти технологии, основанные на ДНК, жизнеспособны, потому что мы создали такую технологию".
|
|
|
|
ДНК действует как кодовая база для живых организмов, обеспечивая молекулярные шаблоны для биологических структур и процессов. Однако теоретически химические цепочки могут представлять практически любую последовательность информации. Ученые уже много лет разрабатывают методы для размещения всевозможных данных в свободно плавающих фрагментах ДНК.
|
|
|
|
Вместо этого, поместив молекулы в крошечные древовидные структуры, называемые дендриколлоидами, исследователи смогли не только сохранять, но и гораздо проще непрерывно редактировать свой код.
|
|
|
|
Ключевым моментом системы является то, что информацию о ДНК можно отличить от дендриколлоидных нановолокон, на которых она хранится: это позволяет копировать данные в форму РНК (рибонуклеиновой кислоты) для последующей обработки или переписывать определенные участки ДНК, не повреждая исходные "файлы" ДНК или саму систему. носитель информации.
|
|
|
|
Более того, ветвящийся дендриколлоидный каркас также помогает сохранить информацию ДНК по сравнению с полимерами в растворе. Анализ ускоренного старения показал, что период полураспада нитей, хранящихся на дендриколлоидах при температуре около 4 градусов по Цельсию (около 39 градусов по Фаренгейту), составляет тысячелетия. При более низких температурах он может составлять миллионы лет.
|
|
|
|
По словам Кеунга, с помощью подобной системы данные, которыми можно было бы заполнить тысячу ноутбуков, могут надежно храниться в пространстве размером с карандашную ластик, что позволяет обеспечить долгосрочное хранение обширных баз данных.
|
|
|
|
"По сути, это позволяет нам выполнять полный спектр функций хранения данных ДНК и вычислений", - говорит инженер-химик из штата Северная Каролина Кевин Лин.
|
|
|
|
Хотя до широкого применения ДНК-компьютеров еще далеко, это показывает, что это возможно. Биологическая машина уже способна решать простые шахматные задачи и задачи судоку – вряд ли это под силу суперкомпьютерам, но, безусловно, впечатляет для микроскопических молекул.
|
|
|
|
Возможно, сейчас он не особенно мощный и не особенно быстрый, но потенциал хранения и вычислений на основе ДНК заключается в том, чтобы вместить огромные объемы информации в сверхмалое пространство на носителе, который потенциально может пережить целые цивилизации.
|
|
|
|
"Мы хотели разработать что-то, что вдохновило бы область молекулярных вычислений", - говорит Кеунг. "И мы надеемся, что то, что мы сделали здесь, является шагом в этом направлении".
|
|
|
|
Источник
|
