Όταν η χημεία του εργαστηρίου συνταντά τη χημεία της ζωής

Ένας υπολογιστής από… DNA δημιούργησαν ερευνητές στις ΗΠΑ. Πρόκειται για τον μεγαλύτερο και πιο πολύπλοκο του είδους που έχει δημιουργηθεί ποτέ.Ο μοριακός υπολογιστής
χρησιμοποιεί βιοχημικές αντιδράσεις για να λύνει διάφορα προβλήματα, βασιζόμενος όχι στα κλασσικά «bits» πληροφοριών, όπως ένας συμβατικός υπολογιστής, αλλά σε μόρια DNA, φέρνοντας έτσι πιο κοντά την κάποτε αδιανόητη διασταύρωση της χημείας του εργαστηρίου και της χημείας της ζωής.

Οι ερευνητές του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας

κατάφεραν να πάνε ένα βήμα πιο μακριά την επιστήμη των υπολογιστών σε βιολογικό πλαίσιο, κάτι που μελλοντικά θα μπορούσε να αξιοποιηθεί μέσα στο ίδιο το ανθρώπινο σώμα.

Το λεγόμενο «DNA computing» προτάθηκε για πρώτη φορά το 1994 από τον Λέοναρντ Άντελμαν του πανεπιστημίου της Καλιφόρνια-Λος Άντζελες προκειμένου να λυθεί το λεγόμενο πρόβλημα του «περιοδεύοντος πωλητή», το οποίο αφορά τον προσδιορισμό της συντομότερης (βέλτιστης) διαδρομής που συνδέει ένα αριθμό γεωγραφικά απομακρυσμένων σημείων. Από τότε, άλλοι ερευνητές έχουν ασχοληθεί με το νέο πεδίο, προσπαθώντας να αξιοποιήσουν το «μόριο της ζωής» (DNA) στην επιστήμη των υπολογιστών.

Η ερευνητική ομάδα του Caltech εδώ και λίγα χρόνια χρησιμοποιεί μονές έλικες του μορίου του DNA (το οποίο κανονικά αποτελείται από μια διπλή έλικα), ώστε να «προγραμματίζει» τις κινήσεις τους και καταφέρνει με αυτό τον τρόπο να αναδημιουργήσει ένα είδος βιολογικού υπολογιστή που μπορεί να κάνει πράξεις. Τώρα πια οι ερευνητές έχουν προωθήσει κι άλλο την όλη διαδικασία «χειραγώγησης» των ελίκων του DNA, ώστε να δημιουργούν πιο εξελιγμένες «λογικές πύλες», οι οποίες στους συμβατικούς υπολογιστές αποτελούνται από πυρίτιο και αποτελούν τη βάση για τον έλεγχο και την επεξεργασία των πληροφοριών.

Τα εισερχόμενα και εξερχόμενα σήματα μέσω αυτών των «πυλών» στην περίπτωση του μοριακού υπολογιστή αποτελούνται επίσης από DNA και δεν είναι ηλεκτρικά σήματα. Ο νέος μοριακός υπολογιστής «δουλεύει» με 130 μονές έλικες DNA και είναι πέντε φορές πιο ισχυρός από τους προηγούμενους «υπολογιστές DNA».

Προς το παρόν πάντως η διαδικασία είναι χρονοβόρα. Ο μοριακός υπολογιστής χρειάζεται έξι έως δέκα ώρες για να υπολογίσει την τετραγωνική ρίζα οποιουδήποτε αριθμού έως το 15. Όμως οι ερευνητές διευκρινίζουν ότι ο βασικός στόχος τους δεν είναι να ανταγωνιστούν τους ηλεκτρονικούς υπολογιστές με βάση το πυρίτιο, όσον αφορά την ταχύτητα επεξεργασίας, αλλά αντίθετα να εμπλουτίσουν την βιοχημεία, έτσι ώστε οι μοριακές συμπεριφορές να μπορούν να προγραμματιστούν και τα βιοχημικά συστήματα να λαμβάνουν αποφάσεις και να αναλαμβάνουν δράση στο χημικό επίπεδο.

Σύμφωνα με αρκετούς επιστήμονες, από πολλές πλευρές η ζωή μοιάζει με ένα υπολογιστή. Το γονιδίωμα του οργανισμού είναι το λογισμικό που καθοδηγεί τον κυτταρικό και μοριακό μηχανισμό (το υλικό) για το τί πρέπει να κάνει. Αντί για ηλεκτρονικά κυκλώματα, η ζωή χρησιμοποιεί πολύπλοκα βιοχημικά κυκλώματα που επιτρέπουν στους ζωντανούς οργανισμούς να λειτουργούν.

Απώτερος στόχος είναι η δημιουργία συνθετικών βιοχημικών κυκλωμάτων (ουσιαστικά ένα είδος βιολογικών αισθητήρων) που θα μπορούσαν μελλοντικά, μεταξύ άλλων, να ανιχνεύουν μόνα τους την ασθένεια σε ένα οργανισμό ή ακόμα -γιατί όχι- και να την καταπολεμούν αυτοβούλως! Όμως, όπως επεσήμαναν άλλοι ερευνητές, δεν θα είναι καθόλου εύκολο να καταστεί εφικτό τέτοιοι «βιοχημικοί υπολογιστές» να λειτουργήσουν κανονικά μέσα σε ζωντανά κύτταρα.

Tweet

:

Posted in: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ