Создан ДНК-процессор с обширным набором программ

Самосборка ДНК способна реализовывать нужные учёным вычисления.

Иллюстрация Demin Liu, Damien Woods.

Исследователи из Великобритании и США представили программируемый компьютер на основе ДНК, способный выполнять самые разные вычисления. Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Nature.

"Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) подробно рассказывали о том, что такое самосборка ДНК. Вкратце напомним, что фрагменты ДНК могут за счёт водородных связей самостоятельно собираться в различные структуры.

Учёные давно работают над тем, чтобы приспособить этот процесс для вычислений и получить компьютер, работающий на молекулярном уровне. Однако пока не известно, насколько гибкой может оказаться такая система, можно ли будет в неё заложить какую угодно программу.

Авторы нового исследователя сделали ещё один шаг к универсальному ДНК-компьютеру. Они продемонстрировали систему, которая обрабатывает шестибитные числа. Авторы заложили в свой процессор 21 программу. В их числе были алгоритмы, выполняющие копирование введённого числа, распознавание чисел, кратных трём, и решающие другие простые, но от этого не менее важные задачи.

"Мы были удивлены универсальностью алгоритмов, которые нам удалось разработать, несмотря на то, что они были ограничены шестибитными входами", – признаётся соавтор работы Дэвид Доти (David Doty) из Калифорнийского университета в Дэвисе.

Машина состоит из 355 нитей ДНК длиной в несколько десятков нуклеотидов. Последние объединены в группы по 10–11 нуклеотидов. Каждая группа кодирует 0 или 1.

Исследователи выбирали набор нитей, который соответствует тому или иному алгоритму. Затем в реакционную смесь добавлялась нить, кодирующая входное двоичное число длиной в шесть цифр. Это могли быть числа от 000000 до 111111 в двоичном коде, то есть от 0 до 63 в привычной десятеричной системе. После этого начинался процесс самосборки. В результате получалась нить, кодирующая ответ. Он считывался с помощью атомно-силового микроскопа.

Кроме решения арифметических задач система может создавать изображения, например, зигзаги или знаменитую двойную спираль ДНК.

На сегодняшний день для программирования такого биокомпьютера требуются знания химии ДНК. Исследователи отмечают, что их конечная цель – разработать систему, которая не требовала бы от пользователя такой подготовки. В конце концов, популярность современных компьютеров не в последнюю очередь определяется тем, что они не требуют от программиста знать физику транзисторов.

К слову, ранее "Вести.Наука" писали о кодировании изображений с помощью ДНК, а также об автоматической системе хранения файлов в ДНК.