Věda | Programování | DNA

Programovatelný biologický systém DNA se dokáže sám skládat do logických struktur

  • Vědci vytvořili programovatelný samoskládací DNA systém
  • Z několika vstupních informací dokáže tvořit logické struktury
  • Vědci s tímto systémem provozovali 21 různých algoritmů
Programovatelný biologický systém DNA se dokáže sám skládat do logických struktur

Vědci z univerzity v Kalifornii a Caltechu ve spolupráci s týmy z univerzit Davis a Maynooth vytvořili biologický systém, který je možné programovat a nechat ho provádět různé algoritmy. Systém používá pouze DNA molekuly.

Zatímco v dnešní době je drtivá většina našich přístrojů postavená na elektronice, do budoucna se očekává, že s příchodem chytrých zařízení, která budou součástí i vnitřku našich těl, se rovněž začnou používat i programovatelné biologické struktury, které jsou našemu tělu bližší. I když jsme od použitelných nanobotů podobného typu ještě daleko, lze poměrně pravidelně vidět nové objevy a postupné vývojové kroky v tomto oboru. V jednom posledním se podařilo posunout hranici dovedností zase o stupeň dále.

DNA molekuly pod lidským vedením

Při bližším zkoumání biologických struktur a chování DNA molekul v těle lze poměrně jasně vidět, že vše funguje velmi strojově a dle plánů. Naše možnosti jak tyto plány ovlivniti nebo dokonce využít těchto biologických struktur pro vlastní potřeby a programy, jsou ale stále pokročilejší.

Vědcům se totiž podařilo vytvořit takovou analogovou formu počítače, která místo diod nebo tranzistorů používá právě DNA molekuly. Právě ty pak zpracovávají dle vstupů příslušný program, který vědci nastavili.

I když se zatím pracuje jen se 6 vstupními bity (například 110010), výsledný program a běžící algoritmy mohou být poměrně různorodé. Vědcům se podařilo i v takto omezeném případě vytvořit celkem 21 algoritmů, které pak bylo možné přes tento počítač z DNA molekul „spustit“ a nechat vykonat.

Místo elektřina systém „LEGA“

Zatímco u elektroniky je to elektřina (elektrony), která je nositelem informace, v případě tohoto DNA počítače vše funguje na klasickém biologickém principu spojování DNA řetězců.

Klepněte pro větší obrázek
Umělecké ztvárnění programovatelného DNA systému (Zdroj: Caltech)

Vědci to popisují jako systém LEGA, kdy by některé kostky k sobě pasovaly a automaticky se spojily. Na takovém principu funguje spojování DNA řetězců, díky kterým se poté vykonává daná logika programu. Stačí mít startovní uspořádání a i v zamíchaném pořadí se vše postupně správně spojí dle nastavení.

Programování na vyšší úrovni

V rámci zmíněných 21 algoritmů se pomocí DNA molekul podařilo zpracovat několik úkolů - od jednoduché počítání, přes pohyb v prostoru, vytvoření specifických konstrukcí a dokonce i napodobit formu dvoušroubovice, ve které se vyskytuje většina DNA molekul v lidském těle.

I když se zatím jedná o velmi nízkoúrovňové „hrátky“, vědci už počítají s tím, že do budoucna je nutné přejít na nějakou vyšší úroveň programování, aby vše bylo pohodlnější a rychlejší. Podobně jako se dnes programátoři nezabývají fyzikou tranzistorů a jejich chováním, ale mají nějaký vysokoúrovňový jazyk, pomocí kterého vytváří složité a komplexní programy relativně snadno a rychle. Kdy se ale na takovou úroveň dostaneme, je těžké odhadnout, protože s tím musí přijít i potřebné efektivní nástroje pro práci s molekulami v reálném čase.

Originální materiál k výzkumu naleznete zde.

Diskuze (6) Další článek: Týden Živě: Google Stadia, novinky Applu, veletrh Amper a další události týdne

Témata článku: Věda, Počítače, Výzkum, Programování, Lego, DNA, Biologie, Systém, Caltech, Vstupní informace, Algoritmus, Molekula, Struktura, Biologický systém, Davis, Vědec