DNA dator

En DNA-dator  är ett datorsystem som använder beräkningskapaciteten hos DNA- molekyler .

Historik

1994 visade Leonard Adleman , professor vid University of Southern California , att det klassiska kombinatoriska problemet med "resande försäljare " (den kortaste vägen för att korsa hörn på en graf) kunde lösas ganska effektivt med ett provrör med DNA . [1] Klassiska datorarkitekturer kräver mycket beräkning, pröva varje alternativ.

DNA - metoden låter dig omedelbart generera alla möjliga lösningar med hjälp av kända biokemiska reaktioner. Då är det möjligt att snabbt filtrera bort exakt den molekyltråd i vilken det önskade svaret är kodat .

Problem som uppstår av detta:

  1. Det kräver en extremt mödosam serie reaktioner som utförs under noggrann övervakning.
  2. Det finns ett uppgiftsskalningsproblem.

Adlemans biodator letade efter den optimala bypass-vägen för 7 hörn av grafen. Men ju fler grafiska hörn, desto mer DNA-material krävs för biodatorn.

Det har beräknats att genom att skala Adleman-tekniken för att lösa problemet med att kringgå inte 7 poäng, utan cirka 200, kommer massan av mängden DNA som krävs för att representera alla möjliga lösningar att överstiga massan på vår planet.

År 2002 introducerade forskare vid Weizmann Institute of Science i Rehovot , Israel , en programmerbar molekylär dator bestående av enzymer och DNA-molekyler. [2] Den 28 april 2004 rapporterade Ehud Shapiro, Yaakov Benenson, Binyamin Gil, Uri Ben-Dor och Rivka Adar från Weizmann Institute of Science i tidskriften Nature att de hade skapat en DNA-dator med en datainmatning/utdata modul. [3]

I januari 2013 kunde forskare DNA-koda flera JPEG -fotografier , en uppsättning Shakespeare-sonetter och en ljudfil . [fyra]

I mars 2013 skapade forskare en transkriptor (biologisk transistor). [5]

Under 2019 skapade en grupp molekylärbiologer under ledning av Chunlei Guo från University of Rochester ett DNA-baserat datorsystem som kan extrahera kvadratrötter från 10-bitars tal. [6]

Hur det fungerar

DNA-strängar innehåller fyra kvävebaser : cytosin , guanin , adenin , tymin . Deras sekvens kodar information. Med hjälp av enzymer kan denna information ändras: polymeraser kompletterar DNA-kedjorna och nukleaser skär och förkortar dem. Vissa enzymer kan klippa och sammanfoga DNA-strängar på de platser som anges av andra enzym -ligaser . Således kan DNA-datorer lagra och bearbeta information. Dessutom sker kemiska reaktioner på olika delar av molekyler oberoende, parallellt, vilket säkerställer hög hastighet av beräkningar. [7]

Benenson-Shapiro finit bioautomat

Benenson-Shapiro State Bioautomaton är en multifunktionell DNA-datorteknik som utvecklas av den israeliska professorn Ehud Shapiro .och Yaakov Benenson från Weizmann-institutet.

Den är baserad på de redan kända egenskaperna hos biomolekyler som DNA och enzymer . Funktionen hos en DNA-dator liknar den hos en teoretisk anordning känd inom matematiken som en " tillståndsmaskin " eller Turing-maskin .

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Adleman, LM Molekylär beräkning av lösningar på kombinatoriska problem  //  Science : journal. - 1994. - Vol. 266 , nr. 5187 . - P. 1021-1024 . - doi : 10.1126/science.7973651 . - . — PMID 7973651 .  — Det första DNA-beräkningspapperet. Beskriver en lösning för det riktade Hamiltonska vägproblemet . Finns även här: Arkiverad kopia . Hämtad 21 november 2005. Arkiverad från originalet 6 februari 2005.
  2. ↑ Lovgren, Stefan Dator gjord av DNA och enzymer . National Geographic (24 februari 2003). Hämtad 26 november 2009. Arkiverad från originalet 6 september 2015.
  3. ↑ Benenson, Y.; Gil, B.; Ben-Dor, U.; Adar, R.; Shapiro, E. En autonom molekylär dator för logisk kontroll av genuttryck  (engelska)  // Nature : journal. - 2004. - Vol. 429 , nr. 6990 . - s. 423-429 . - doi : 10.1038/nature02551 . — . — PMID 15116117 . . Finns även här: En autonom molekylär dator för logisk kontroll av genuttryck
  4. ↑ DNA lagrar dikter, ett foto och ett tal | vetenskapsnyheter . Hämtad 20 december 2018. Arkiverad från originalet 27 juli 2013.
  5. ↑ Bonnet, Jerome; Yin, Peter; Ortiz, Monica E.; Subsoontorn, Pakpoom; Andy, Drew. Amplifying Genetic Logic Gates   // Vetenskap . - 2013. - Vol. 340 . - s. 599-603 . - doi : 10.1126/science.1232758 . - .
  6. ↑ DNA extraherar roten av 900 . Hämtad 22 januari 2020. Arkiverad från originalet 25 januari 2020.
  7. ↑ DNA-logik som basen för en biodator . Hämtad 9 september 2015. Arkiverad från originalet 21 september 2015.

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
I bibliografiska kataloger
 Bioteknik
Områden för bioteknik
Relaterade artiklar
Forskare
Popularisatorer