При помощи биологической “компьютерной” системы, основой которой является специально спроектированная синтетическая ДНК, ученым удалось извлечь квадратный корень из числа 900. Отметим, что идея использования генетического материала для выполнения вычислительных операций была впервые предложена в 1994 году. С того времени ученые-биологи нашли способы хранения информации в ДНК и методы ее обработки, которые основаны на тех же самых принципах логики, которые используются в процессорах и микроконтроллерах.
Однако, интеграция сложных логических цепочек в единую схему, которая размещается в молекуле синтетической ДНК и которая способна к выполнению сложных математических вычислений, является невероятно трудным делом. И данные исследования представляют собой значительный шаг к будущему, где биологические ДНК-компьютеры смогут потеснить своих кремниевых собратьев.
“Область вычислений при помощи ДНК находится еще во “младенческом возрасте”, но за ней скрываются огромные возможности по решению задач, которые чрезвычайно трудно и даже невозможно решить при помощи традиционных кремниевых компьютеров” – рассказывает Чунлэй Го (Chunlei Guo), ведущий исследователь из университета Рочестера.
Биологический компьютер, о котором сейчас идет речь, является крошечным клубком, сплетенным из нитей синтетической ДНК. Одни из нитей содержат входные данные, а другие являются устройствами вывода информации, которые могут флюоресцировать, излучая свет, являющийся комбинацией из пяти длин волн, синего, оранжевого, коричневого, красного и зеленого цветов, которыми кодируется 5-битный результат.
Биты исходной информации кодируются путем присутствия или наличия определенных оснований с одной стороны двойной цепочки ДНК, а последовательность логических операций с этими данными – последовательностью оснований на другой стороне молекулы. Таким образом, цепочки ДНК, длиной в 10 пар оснований могут содержать в себе числа от 0 до 1023. И поэтому исследователи для своей демонстрации выбрали число 900, являющееся последним возможным идеальным квадратом, предоставленным в такой ДНК-системе исчисления.
К сожалению, то, что было сделано учеными, пока не является аналогом полноценного программируемого компьютера и даже банального калькулятора. Это – специализированная система, которая по определенным правилам (извлечение квадратного корня) переводит входную последовательность ДНК в соответствующий световой образ. Тем не менее, данная технология представляет собой один из новых способов построения биологических компьютеров, отличающийся от других, основанных на использовании ферментов или самособирающихся молекул-нитей ДНК.
В своих дальнейших исследованиях ученые планируют, используя точно такой же подход, реализовать выполнение еще более сложных математических вычислений. И если это все завершится успехом, то данная технология может быть использована в качестве “математического сопроцессора”, способного выполнять ряд определенных сложных операций, облегчая работу биологическому “центральному процессору”, который может быть построен на совершенно иных принципах.
