Компьютеры из ДНК становятся всё сложнее
Исследователи из Льежского университета (Бельгия) и Еврейского университета в Иерусалиме (Израиль) создали логический вентиль – базовый элемент цифровой схемы, выполняющий элементарную логическую операцию – на основе молекул ДНК.
Логический вентиль выдает тот или иной сигнал на выходе в зависимости от входных сигналов.
В данном случае ученым удалось реализовать логические вентили, выполняющие различные логические функции, в частности, функцию «исключающее ИЛИ». Такой логический элемент генерирует выходной сигнал («1») в том случае, если значения сигналов на двух его входах не совпадают: на одном входе сигнал есть («1»), а на другом отсутствует («0»).
Ключевыми элементами системы выступали комплементарные нити ДНК, которые образуют друг с другом прочное соединение. Чтобы непосредственно наблюдать сигналы поступает на на входе и выходе, ученые присоединили к ним флуоресцирующие молекулы. Когда на входе присутствовала только одна нить, молекула испускала свечение, а когда нитей было две, их флуоресценция взаимно гасилась. К каждой из двух комплементарных нитей добавлялись молекулы, флуоресцировавшие (и представлявшие значение «1» на выходе), когда нити были отделены друг от друга. Если же на вход подавались обе нити, флуоресценция при их объединении подавлялась, что соответствовало нулевому выходному значению.
Помимо создания единичного работающего логического вентиля ученые также получили систему из последовательно работающих вентилей, реализующих различные логические функции:
Таблица истинности и интенсивность флуоресценции
для элементов И (справа) и ИЛИ-НЕ (слева).
Буквы a, b, c, d соответствуют 1, 2, 3 и 4 строкам таблицы.
(Иллюстрация авторов работы.)
Авторы протестировали в пробирке, насколько полезным созданное ими устройство может быть для медицины. Ученые связали логический вентиль с молекулой, способной инактивировать тромбин – фермент, вызывающий сворачивание крови. В норме сворачивание крови позволяет избежать кровотечений, но при сердечно-сосудистых заболеваниях образующиеся сгустки крови представляют серьезную опасность для жизни человека. В созданной учеными схеме инактиватор тромбина выделялся только в том случае, если вентиль «натыкался» на фермент.
Результаты работы опубликованы в журнале Nature Nanotechnology (Johann Elbaz et al., DNA computing circuits using libraries of DNAzyme subunits), короткое изложение (DNA logic gates herald injectable computers) – в журнале NewScientist.
Теоретически развитие этой работы может привести к созданию компьютера из ДНК, способного работать внутри тела и, например, регулировать выделение лекарств, освобождая их только там, где это необходимо.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Лента.Ру и «Компьюленты»
03.06.2010