Microsoft, mantık ve yaşamı mükemmel şekilde harmanlayan yeni bir DNA biyolojik bilgisayarı yarattı
Süper bilgisayarlar ve kuantum bilgisayarları duyduk, ancak gelecekteki bilgisayar geliştirme için de önemli bir yön olan özel bir bilgisayar türü var, yani DNA bilgisayarı .
DNA bilgisayar biyolojik bir bilgisayar şeklidir. DNA bilgisayarında, hesaplama artık fiziksel özelliklerin sembolik bir dönüşümü değil, Kimyasal özelliklerin sembol dönüşümü, geleneksel "toplama" ve "çıkarma" işlemleri de kesme ve yapıştırma, ekleme ve silme işlemlerinin kimyasal özellikleri haline gelmiştir.
Uzun yıllardır bir teknoloji devi, DNA moleküler bilgisayar beklentisine büyük ilgi gösteriyor ve bu, Microsoft .
Microsoft araştırmacıları 2016 yılında DNA veri saklama kaydı (Rekor bu yıl Harvard ekibi tarafından kırıldı). Bugün Microsoft, araştırma hedeflerini DNA moleküler bilgisayarların bir başka önemli dalına çevirdi. Veri hesaplama .
Microsoft ve Washington Üniversitesi araştırma ekibi, vücuttaki genetik mutasyonları veya kanseri tespit etmek ve izlemek için DNA bilgisayarlarını kullanan insanların hızını artıracak DNA moleküler hesaplamayı büyük ölçüde iyileştirmenin bir yolunu buldu. Deneyler, yeni DNA bilgisayarının 3 giriş zinciri içeren AND geçidinin çalışmasını tamamlamak yalnızca yedi dakika sürdü Ve önceki ekipman gerekli Dört saat Aynı miktarda işi tamamlayın.
Araştırma sonuçları 24 Temmuz'da "Nature Nanotechnology" de yayınlandı.
Şekil Bu yazının başlığı
Aslında, DNA bilgisayarı DNA moleküler devrelerinden oluşur ve "girdi" Sitoplazmada RNA, protein ve diğer kimyasallar , "Çıktı" Ayırt edilmesi kolay moleküler sinyaller . Geleneksel bilgisayarlar gibi, DNA moleküler devreleri de AND, OR ve NOT mantık kapılarına sahiptir (mantık kapıları entegre devrelerin temel bileşenleridir).
Şekil Bilgisayardaki çeşitli mantık kapıları
Araştırmacı grubu, kullandıkları yazıda belirttikleri DNA origami DNA moleküler mantık kapılarını ve sinyal iletim hatlarını oluşturmak ve düzenlemek için DNA firkete yapısının (firkete) uzamsal düzenlemesini oluşturun. Lafta Düzenleyen yapı Yani, dişi olmayan iplikçiğin iki DNA ipliği ve ana iplik tamamlayıcı bazlarla eşleşirse, çiftlenemeyen ve çıkıntı yapamayan bazı alanlar olacaktır ki buna firkete yapısı diyoruz. DNA moleküllerinin düzenlenmesini daha düzenli ve modüler hale getirir ve her DNA molekülü nispeten "sabittir". Sabit bir moleküler devre kartı gibi aynı.
Şekil DNA Domino devre tasarım süreci
Sıradan bilgisayarlardan farklı olarak, bu nano düzeydeki bilgisayar devreleri insan yapımı DNA'dan yapılmıştır ve "DNA Domino Devresi" Farklı DNA zincirlerinden oluşur. Bu tür DNA moleküler devresinin çalışma sürecinde, devre üzerindeki bitişik DNA zincirleri, iplik üzerindeki firkete yapısı ile birbirine bağlanır ve tıpkı bir domino çöktüğü gibi, reaksiyon tamamlanana ve hedef DNA elde edilinceye kadar tek tek reaksiyona girer. Zincir.
Şekil Kartı veren DNA zinciri arasında bilgi aktarımı
Sonuçlar, farklı uzunluklarda veya farklı yönlerde iletim hatlarında olup olmadığını, Bu yapıya sahip DNA moleküler devreleri iyi sinyal yayma yeteneklerine sahiptir. Ek olarak mantık kapıları, modülerleştirme yoluyla geleneksel devre modellerinde birleştirilebilir, bu da DNA molekülleri arasındaki bilgi aktarımının hızını ve kararlılığını büyük ölçüde geliştirir.
Şekil Andrew Phillips, Microsoft Biocomputing Group başkanı
Microsoft Biocomputing Group başkanı Andrew Phillips, bir röportajda araştırmanın ayrıntılarını daha da açıkladı. "Bir cihazda, kurucu moleküller uzayda birbirine yakın bir şekilde düzenlenmiştir ve araştırmamız için, kurucu moleküller olarak DNA moleküler zinciri, origami teknolojisi aracılığıyla tüm sistemin uzamsal yapısı üzerinde nispeten sabitlenmiştir. Moleküler devre kartı gibi. "
Bu araştırmanın sonuçları, geçmiş DNA bilgisayarlarından çok farklı. Önceki DNA bilgisayarlarının çoğu DNA zincirlerini kimyasal solüsyonlarda çözüyor Bunun dezavantajı, DNA moleküllerinin, bağlanması veya reaksiyona girmesi kolay olan kimyasal çözelti içinde serbestçe hareket edebilmesidir, bu da iş verimliliğini etkiler.
Phillips, yeni DNA moleküler bilgisayarın iyileştirmesini tanıttı: "Bizim için, cihazı oluşturan DNA molekülleri birbirine yakın bir şekilde düzenlenmiştir ve aynı zamanda, konumları da DNA moleküler devre kartı tarafından sabitlenir - bu şekilde, Önce, başka yerlerde DNA molekülleri ile temasa geçmek için başka yerlere gitmek yerine, komşu DNA molekülleri ile reaksiyona girin. "
"Bu yöntem, DNA molekülleri arasındaki etkileşimi etkili bir şekilde azaltır. Ekipmanımızın çalışması için hala difüzyon prensibine güvenmesine rağmen, moleküllerin çoğu DNA uzay yapısında sabitlendiğinden, bilgiyi ileten yakıt zinciri ortalıkta dolaşıyor. , Çalışma hızı hala eskisinden çok daha yüksek. "
Bu şekilde, bu cihazlar oldukça ölçeklenebilir olacaktır. ,Çünkü Yeni DNA moleküler bilgisayar kendi kendine bir araya gelebilir, bu da moleküllerin kendilerini organize edebileceği anlamına gelir. Phillips bu bağlamda, "DNA moleküler zinciri, DNA moleküler devre kartına entegre edilecek ve DNA molekülünün konumunu kalibre etmek için kendi kendini birleştirme yeteneğini kullanacağız" dedi.
Araştırmacılar için, Bir sonraki adım, DNA moleküler devre kartlarının boyutunun nasıl genişletileceğidir, ancak bu daha gelişmiş DNA origami teknolojisi gerektirir.
Şekil | DNA'nın talep üzerine katlanıp yapıştırılabilmesinin nedeni, benzersiz çift sarmal yapısından kaynaklanmaktadır: iki paralel ve ters tek iplik, kesin temel tamamlayıcılık ilkesine göre bağlanır, A ve T, G C ile, kilitli bir anahtar gibi, benzersizdir ve oldukça spesifiktir (A adenindir, T timindir, G guanindir ve C sitozindir). Bu bazların kimyasal bileşimi, ATGC için tasarlanmış iki tek DNA ipliğinin uçsuz bucaksız iplikler denizinde birbirini bulmasına, sıkıca bağlanmasına ve sonunda araştırmacıların istediği şekli oluşturmasına izin veriyor.
Phillips ayrıca, "Yeni cihazları hastalık belirteçleri (RNA gibi) gibi biyobelirteçler ile de bağlamayı planlıyoruz. Bu şekilde, İnsan vücudundaki viral hastalıkları ve kanserleri doğru bir şekilde teşhis etmek için bilgisayar mantığı kullanılabilir . İlk başta kandan tespit edildi, ancak teknolojinin gelişmesiyle hastalıkları herhangi bir canlı hücreden tespit etme fikrini gerçekleştireceğiz. "
İşlemin amacı olarak kodlanmış DNA dizisi ile inşa edilen DNA bilgisayarı, gen mutasyonları gibi hücredeki tüm aktivitelerin karakteristik bilgilerinin gerçek zamanlı tespiti ve izlenmesi, kanser hücrelerinin ve diğer hastalıklı hücrelerin tanımlanması işlevlerine sahiptir. Gelecekte, bilim adamları bunu umuyor "Algılayabilen" ve "düşünebilen" akıllı DNA bilgisayar ekipmanı geliştirmek için DNA hesaplama mantığının kullanılması, kişiselleştirilmiş "akıllı tıbbın" geliştirilmesini gerçeğe dönüştürüyor.
Bu bağlamda, gen düzenleme alanında bir akademisyen ve Stanford Üniversitesi Biyoloji Mühendisliği Bölümü ile Kimya ve Sistem Biyolojisi Bölümü'nde yardımcı doçent olan Qi Lei, geçtiğimiz günlerde şunları söyledi: Gen düzenlemesinin bedeni, genleri okunabilen, tahmin edilebilen ve yeniden yazılabilen bir "DNA bilgisayarı" haline getirmesi beklenmektedir.Yalnızca potansiyel patojenik değişiklikleri tespit etmek için bir izleme cihazı olarak değil, aynı zamanda kanseri tedavi etmek için vücutta gerekli ilaçları sentezleyebilmektedir. , Kör görmenin restorasyonunda bile kalp hastalığı, damar sertliği ve diğer zor hastalıklar.
Microsoftun başarısı, DNA bilgisayarı için büyük bir adım olsa da, DNA bilgisayarı hala araştırmanın çok erken bir aşamasında . Mevcut biyoteknoloji seviyesinin sınırlandırılması nedeniyle, DNA hesaplama sürecinde, erken aşamada DNA moleküler zincirinin oluşturulması ve daha sonraki aşamada DNA moleküler zincirinin seçilmesi önemli miktarda çalışma gerektirir.
Örneğin, Adlermanın "test tüpü bilgisayarı" birkaç saniye içinde sonuç verdi, ancak doğru sonuçları seçmek için haftalar harcadı. Ayrıca matematik alanında meşhur seyyar satıcı probleminde (TSP problemi) deneydeki şehir sayısı 200'e çıkarılırsa hesaplama için gerekli olan DNA'nın ağırlığı dünyanın ağırlığını aşacaktır. Ayrıca yüz milyonlarca DNA molekülü çok karmaşıktır ve reaksiyon sırasında bozulma ve hasara meyillidirler, hatta kalıntıların test tüpü duvarına tutunmasında ölümcül hatalar meydana gelebilir.
Bu nedenle, DNA bilgisayarlarının gerçek hayata gerçekten girmesi zaman alacaktır. Olgun bir DNA bilgisayarı oluşturmaktan hala çok uzaktayız.
