Создана логическая ДНК-схема рекордной сложности

Двое учёных из Калифорнийского технологического института создали сложную логическую схему на основе ДНК.

По своему устройству она напоминает традиционную полупроводниковую цепь, собранную с использованием унифицированных логических вентилей. "Это и делает наше исследование уникальным, - замечает один из его авторов Эрик Уинфри (Erik Winfree). - Мы нашли такую методику, которая подходит для разработки биохимических схем самых разных размеров и уровня сложности".

Самый крупный "компьютер", сконструированный г-ном Уинфри и его коллегой Лулу Цянь (Lulu Qian), состоит из 130 нитей ДНК и решает одну конкретную задачу - извлекает квадратный корень из любого натурального числа, не превышающего пятнадцати, и округляет результат в меньшую сторону. "Извлечение корня должно стать хорошей демонстрацией, - поясняет Эрик Уинфри. - Мы показали, что биохимические методы подходят для решения отвлечённой математической проблемы, а это изменит отношение к ним".

Работу схемы обеспечивают одно- и двухцепочечные синтетические фрагменты ДНК, причём последние сохраняют небольшой однонитевый участок на конце, а одноцепочечные молекулы играют роль входных и выходных сигналов. "Молекулы свободно перемещаются в растворе, время от времени встречаясь друг с другом, - рассказывает г-н Уинфри. - Когда одноцепочечной ДНК попадается двухцепочечная с комплементарной последовательностью на концевом участке, они "сцепляются", а одна из тех нитей, которые изначально принадлежали двухцепочечной молекуле, попадает в раствор и влияет на другие элементы схемы. Поскольку последовательности ДНК мы задаём сами, взаимодействия молекул полностью контролируются". Вычисление, таким образом, начинается с подготовки четырёх одноцепочечных отрезков, соответствующих четырём разрядам в двоичной записи числа, а двухбитный результат авторы считывали флуоресцентным способом, используя для кодирования четыре разных цвета.

Разумеется, полупроводниковые схемы работают гораздо быстрее и надёжнее, чем биохимическая, которая тратит на извлечение корня около 10 часов и никогда не избавится от "шума", вызванного, к примеру, некорректным объединением молекул. С другой стороны, вычисления с участием ДНК можно (теоретически) проводить в живых клетках, что позволяет разрабатывать схемы для диагностики заболеваний по наличию определённых веществ в крови.