DNA-datamaskin

Forskere fra California Institute of Technology har bygget en datamaskin av  DNA-molekyler som kan løse logiske oppgaver. Oppfinnelsen peker fram mot mer avanserte biologiske datamaskiner.

I denne videoen forklarer forskerne om forskningen  (på engelsk).

Et levende vesen minner om en datamaskin. Programvaren forteller maskinvaren hva den skal gjøre. Men hos mennesker er ikke maskinvaren laget av elektronikk, men av et biokjemisk kretsløp.

Et slikt biokjemisk kretsløp har forskere lenge forsøkt å utnytte som en slags DNA-datamaskin. Nå har en forskergruppe fra California Institute of Technology klart å skape den mest avanserte varianten så langt.

– Et biokjemisk kretsløp består av en blanding av DNA-molekyler som utløser nye molekyler når de blir påvirket riktig. Vi blander alle disse molekylene i laboratoriet, og ved å designe molekylenes DNA-sekvenser kan vi programmere reaksjonene deres på hverandre, forteller Winfree, som er hovedforfatter av artikkelen som nå publiseres i Science.

Biologisk maskinvare

Ph.d.-student ved DTU Informatik, Michael Reibel Boesen, har vært med på å bygge en «selvreparerende» DNA-datamaskin på Danmarks Tekniske Universitet. Han mener molekylenes reaksjon på hverandre utgjør en biologisk analogi til elektronisk maskinvare.

– Når man i dag lager funksjonalitet i elektronisk maskinvare, gjør man det ved hjelp av såkalte «logiske porter». Et logisk utsagn kan være sant eller usant, forklarer Boesen.

– Hvis man så sier at sant er lik tallet 1 og usant er tallet 0, kan man overføre det til elektronikk. Tallet 1 det samme som at strømmen er på, og 0 at strømmen er av. En logisk port i en chip er rett og slett en elektronisk realisering av disse logiske funksjonene ved hjelp av transistorer, utdyper han.

– De amerikanske forskerne har laget en slags DNA-porter som har de samme logiske funksjonene, sier Boesen.

Mer kompleks

Forskerne har designet molekylenes dna-sekvenser, og kan dermed styre reaksjonene på andre molekyler. (Foto: Colourbox)
Forskerne har designet molekylenes dna-sekvenser, og kan dermed styre reaksjonene på andre molekyler. (Foto: Colourbox)

Erik Winfree og kollegene har arbeidet med DNA-datamaskinen i litt over tre år. Først deretter følte de seg klare til å lage en mer kompleks modell med over hundre DNA-strenger.

– En av de viktigste tingene vi bidrar med, er at vi har strømlinjeformet tidligere tilnærminger til DNA-datamaskiner, fordi komponentene må være svært enkle før de er pålitelige nok til at man kan bruke dem til å bygge komplekse systemer, forteller Winfree.

I 2002 bygget en annen forskergruppe en DNA-datamaskin. Ifølge Michael Reibel Boesen skiller de to datamaskinene seg nettopp når det gjelder kompleksiteten.

– De amerikanske forskerne har klart å implementere mye større logiske funksjoner enn i tidligere utgaver. Det gjør en vesentlig forskjell, fordi man nå kan bygge dem mer komplekse, sier han.

Lang vei til kommersielt bruk

Veien til kommersiell bruk av DNA-datamaskinen er imidlertid lang, sier Boesen. Han sammenligner forskernes arbeid med første gang noen satte sammen elektroniske transistorer til å forme en logisk port.

– Den gangen var det også lang vei til de 10–100 millionene transistorer som er på en chip i dag. Det er også lang vei til Windows, smarttelefoner, parkeringssensorer og så videre. Til gjengjeld er det starten på masse spennende forskning, forklarer han.

Håpet for teknologien er at datamaskinene skal kunne fungere i levende celler. På den måten kan de for eksempel brukes til å frakte medisiner til bestemte steder i kroppen.

– Forskere har lenge lekt med tanken om å injisere en «robot» i blodstrømmen. Men en robot må ha en stor grad av autonomi for å kunne ta beslutninger, slike som: Skal vi til venstre eller høyre nede ved leveren? Hvilket redskap skal jeg bruke for å kunne komme videre her?

– Forskernes arbeid gjør at man nå kan bruke navigasjonsalgoritmer fra IT-verdenen, forklarer Boesen.

En økt sammensmeltning av biologi og IT er altså et viktig resultat av denne forskningen.

___________________

© videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygård for forskning.no

Referanser

Scaling Up Digital Circuit Computation with DNA Strand Displacement Cascades, DOI: 10.1126/science.1200520

Erik Winfrees profil

Michael Reibel Boesens hjemmeside

Powered by Labrador CMS