РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Жидкий компьютер: Логические схемы работают в пробирке

В современной жизни компьютеры и жидкости «несовместимы», но благодаря очередному (небольшому) прорыву все ближе будущее, где за здоровьем человека будут следить микроскопические системы на базе ДНК.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Группа исследователей под руководством Эрика Уинфри (Erik Winfree) разработала логические ДНК-схемы, функционирующие в растворе, симулирующем внутриклеточную среду. Они могут использоваться для создания сложных химических систем — к примеру микроскопических устройств, регулирующих клеточную активность.

Вместо электрического напряжения для кодировки сигналов в новых схемах используются высокие и низкие концентрации коротких молекул ДНК. Из ДНК состоят и химические логические элементы, осуществляющие обработку информации. Каждый логический элемент представляет собой четко организованный комплекс нуклеотидных цепочек.

Взаимодействие логического элемента с определенной входящей молекулой приводит к высвобождению исходящей молекулы, которая, в свою очередь, становится входящей для следующего этапа «вычислений», запуская следующий логический элемент. Схема функционирует подобно каскаду из костяшек домино, каждая из которых, падая, задевает следующую.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Но в отличие от домино и электрических схем, компоненты ДНК-схем невозможно зафиксировать в пространстве и соединить с проводом. Вместо этого взаимодействие происходит в сбалансированном растворе, в котором молекулы ДНК хаотически сталкиваются друг с другом. При этом соответствие сигнала и получающего его элемента обеспечивается высокой специфичностью химических взаимодействий.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Авторам удалось сконструировать логические элементы, проводящие основные операции двоичной логики — «И», «ИЛИ», «НЕТ», — являющиеся «кирпичиками», необходимыми для построения сложных логических схем. В качестве демонстрации были созданы несколько логических схем, самая сложная из которых состоит из 6 входов и 12 логических элементов, обрабатывающих информацию в 5-уровневом каскаде. По словам Уинфри, такая схема далека от масштабов Силиконовой долины, однако она демонстрирует сразу несколько основ конструирования, которые можно использовать для создания более сложных биохимических схем.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Важными потенциальными достоинствами схем на основе ДНК являются возможность восстановления сигнала при наличии помех, а также стандартизация сигналов химической схемы с помощью генов-трансляторов, использующих в качестве исходящих сигналов биомолекулы — такие, как микроРНК. Это означает, что ДНК-схемы можно использовать для выявления клеточных аномалий, в том числе рака, причем, возможно, не только в образцах тканей, но и в организме в целом.

Целью создания ДНК-логических схем не является замена традиционных компьютеров: это невозможно хотя бы из-за их принципиально более медленной скорости. Однако такие схемы должны найти применение в быстро развивающейся области синтетической биологии, могут помочь при создании нового поколения «умных» биохимических систем для медицины и нанотехнологии.

Между тем, логические схемы на основе ДНК уже способны играть в «Крестики-нолики».

Загрузка статьи...