Από το δυαδικό 0-1 ...στο οργανικό A-G-C-T

Όταν μιλάμε για υπολογιστές, έχουμε στο μυαλό μας τα τσιπ πυριτίου και το δυαδικό σύστημα 0-1. Τι θα γινόταν αν την πληροφορία κρατούσαν οργανικά μόρια, όπως το DNA; Θα μπορούσαν οργανικοί "υπολογιστές" να κάνουν υπολογισμούς ακόμα και στο σώμα μας;

Η ιδέα υλοποιήθηκε για πρώτη φορά το 1994 από τον Leonard Adleman, που κωδικοποίησε και έλυσε το Πρόβλημα του Πλανόδιου Πωλητή, μόνο με DNA.

Αυτή η προσέγγιση, με κυκλώματα από DNA, λέγεται Μοριακός Προγραμματισμός και εμπλέκει μεθόδους όπως η Δυαδική και η Αριθμητική Λογική και τα Νευρωνικά Δίκτυα.

Πώς υλοποιείται ο Μοριακός Προγραμματισμός

Ουσιαστικά πρόκειται για καθαρή Βιοχημεία αφού τα "προγράμματα" είναι μέθοδοι επιλογής των κατάλληλων μορίων DNA που αλληλεπιδρούν με τέτοιο τρόπο και συνθέτουν μία τέτοια διάταξη ώστε να φέρουν ένα αποτέλεσμα.

Όπως τα ηλεκτρονικά κυκλώματα πάνω στις πλακέτες, έτσι και τα μόρια του DNA θα μπορούσαν να είναι τα μονοπάτια του κυκλώματος, οργανωμένα με τη λογική των δέντρων απόφασης και τα ένζυμα μέσα στο σώμα μας να ρυθμίζουν και να λαμβάνουν τις αποφάσεις για να οδηγηθεί το πρόγραμμα στο αποτέλεσμα.

Η πληροφορία στο DNA δεν αναπαριστάται από αλληλουχία 0 και 1, αλλά από αλληλουχία 4 χαρακτήρων, δηλαδή τις αζωτούχες βάσεις (A [αδενίνη], G [γουανίνη], C [κυτοσίνη], T [θυμίνη]).

Ο προγραμματισμός με DNA έχει μία ακόμη παράμετρο. Πολλές διαδικασίες επηρεάζονται όχι μόνο από την παρουσία ενός μορίου, αλλά και από την απουσία του.

Γιατί είναι τόσο ελκυστικό το μόριο του DNA για τον προγραμματισμό

Εκτός του ότι είναι ευέλικτο και μπορεί να προγραμματιστεί, έχει μικρό μέγεθος, στη νανοκλίμακα και μεγάλη αποθηκευτική ικανότητα.

Ακόμη είναι οικονομικό και εύκολο να συντεθεί ενώ για να λειτουργήσει ένα οργανικό υπολογιστικό σύστημα απαιτείται λιγότερη ενέργεια από τους παραδοσιακούς επεξεργαστές. 

Που υστερεί το μόριο του DNA σε σχέση με τους παραδοσιακούς υπολογιστές

Η χαμηλή ταχύτητα επεξεργασίας αποτελεί ένα ζήτημα, αφού για παράδειγμα χρειάζεται κάποιες ώρες για να υπολογίσει την τετραγωνική ρίζα ενός τετραψήφιου αριθμού.

Ακόμη ένα μειονέκτημα είναι ότι είναι μίας χρήσης, αφού για να εκτελέσει ξανά τον ίδιο υπολογισμό πρέπει να ξαναφτιαχτεί.

 

Αυτό όμως που κάνει το μόριο του DNA να ξεχωρίζει σαν υπολογιστικό εργαλείο είναι ότι μπορεί να αλληλεπιδρά απόλυτα με το βιοχημικό περιβάλλον ενός οργανισμού.

Τα τελευταία χρόνια, αυτός ο κλάδος αναπτύσσεται για να βελτιώσει τις ιατρικές μεθόδους, από τη διάγνωση ασθενειών ή την ανίχνευση παθογόνων μικροοργανισμών στο σώμα μέχρι τη στοχευμένη χορήγηση φαρμάκων και καταστροφή καρκινικών κυττάρων, ακόμη και τον έλεγχο της κίνησης.

 

--

Πηγές & Παραπομπές:

Adleman, L. M. (1998). Computing with DNA. Scientific american, 279(8), 34-41.

DNA computing. (2015). In Encyclopædia Britannica. Retrieved from britannica.com

Seelig, G., Soloveichik, D., Zhang, D. Y., & Winfree, E. (2006). Enzyme-free nucleic acid logic circuits. science, 314(5805), 1585-1588.

Qian, L., & Winfree, E. (2011). Scaling up digital circuit computation with DNA strand displacement cascades. Science, 332(6034), 1196-1201.

Qian, L., Winfree, E., & Bruck, J. (2011). Neural network computation with DNA strand displacement cascades. Nature, 475(7356), 368-372.

Wickham, S. F., Bath, J., Katsuda, Y., Endo, M., Hidaka, K., Sugiyama, H., & Turberfield, A. J. (2012). A DNA-based molecular motor that can navigate a network of tracks. Nature nanotechnology, 7(3), 169-173.

Χρησιμοποιούμε cookies που μας επιτρέπουν μια σειρά από λειτουργίες που ενισχύουν την εμπειρία σας στην ιστοσελίδα μας.
Κάνοντας κλικ στο "Συμφωνώ" ή συνεχίζοντας να χρησιμοποιείται την ιστοσελίδα bioximikos.gr συμφωνείτε με τη χρήση cookies.