Timp de eoni (o perioadă de 1,000,000,000 de ani) acidul dezoxiribonucleic (ADN) a servit ca un fel de manual de instrucţiuni pentru viaţă, oferind nu doar şabloane pentru o gamă vastă de structuri chimice, ci şi un mijloc de gestionare a producţiei acestora. În ultimii ani, specialiştii în bioinginerie au explorat un rol subtil nou pentru capacităţile unice ale moleculei, ca bază pentru un computer biologic. Cu toate acestea, în ciuda trecerii a aproape 30 de ani de la primul prototip, majoritatea computerelor ADN au avut dificultăţi în a procesa mai mult de câţiva algoritmi personalizaţi.
O echipă de cercetători din China a creat acum un circuit integrat de ADN (DIC) cu un scop mult mai general.
Acest computer lichid cu ADN poate forma un număr uimitor de 100 de miliarde de circuite, demonstrând versatilitatea sa, fiecare dintre ele fiind capabilă să ruleze propriul program.
Calculatoarele cu ADN au potenţialul de a crea maşini care să ofere salturi semnificative în ceea ce priveşte viteza şi capacităţile şi - ca şi în cazul calculului cuantic - există diverse abordări care pot fi adoptate. În acest caz, oamenii de ştiinţă au vrut să construiască ceva care să fie mai adaptabil decât eforturile anterioare, cu o gamă mai largă de utilizări potenţiale.
„Programabilitatea şi scalabilitatea constituie doi factori critici în realizarea calculului de uz general", scriu cercetătorii în lucrarea lor publicată.
Potrivit acestora, „programabilitatea permite specificarea dispozitivului pentru a efectua diverşi algoritmi, în timp ce scalabilitatea permite gestionarea unei cantităţi tot mai mari de muncă prin adăugarea de resurse la sistem".
Pentru a lucra în acest sens, echipa s-a concentrat asupra a ceea ce au numit matrice de porţi programabile bazate pe ADN, sau DPGA: segmente scurte de ADN fixate împreună pentru a crea structuri mai mari, care ar putea fi apoi construite în circuite integrate de diferite combinaţii.
Aceste segmente DPGA au fost realizate prin amestecarea unor şiruri de ADN cu lichid tampon în eprubete, bazându-se pe reacţii chimice pentru a realiza ataşamentele şi combinaţiile necesare pentru a construi circuite integrate cu ADN (DIC) pe care cercetătorii le urmăreau.
A fost nevoie şi de o modelare detaliată, pentru a afla cum să gestioneze semnalele de intrare şi de ieşire şi să execute funcţii logice, la fel ca un computer standard. Circuitele mai mari, prea mari pentru un singur DPGA, au fost împărţite în părţi componente pentru a fi construite.
Imagine: Diagrama ADN. Funcţiile de calcul au fost puse în corespondenţă cu moleculele de ADN într-o eprubetă. (Lv et al., Nature, 2023)
Pe parcursul experimentelor, oamenii de ştiinţă chinezi au reuşit să creeze circuite pentru rezolvarea ecuaţiilor pătratice (de gradul II) şi a rădăcinilor pătrate, de exemplu.
Mai departe, aceste sisteme ar putea fi adaptate în scopuri precum diagnosticarea bolilor, spun cercetătorii.
Mai mult, sistemele experimentale au prezentat puţine semne de atenuare a semnalului, adică pierderea treptată a intensităţii unui semnal pe măsură ce acesta se deplasează.
Aceasta este o altă parte esenţială pentru a putea construi computere ADN care să se poată extinde şi adapta.
Suntem încă departe de a realiza întregul potenţial al calculatoarelor ADN, dar în ultimii ani oamenii de ştiinţă au făcut paşi importanţi în modificarea acestei forme biologice de stocare pentru a o utiliza pentru sarcini de calcul convenţionale.
„Capacitatea de a integra reţele DPGA pe scară largă fără o atenuare aparentă a semnalului marchează un pas cheie către calculul ADN de uz general", scriu cercetătorii.
Cercetarea a fost publicată miercuri, 13 septembrie, în revista Nature.
(ADN- Acid dezoxiribonucleic. Credit Zephyris (CC BY-SA 3.0), Wikipedia)
