ДНК-базиран компютър може да изпълнява 100 милиарда различни програми

Един течен компютър може да използва нишки от ДНК, за да управлява над 100 милиарда различни схеми или прости програми. В крайна сметка той може да се използва за диагностициране на заболявания в живите клетки.

Фей Уанг от Шанхайския университет „Дзяо Тонг“ в Китай и колегите му се заемат да създадат схеми, подобни на тези в компютърните чипове, където молекулите на ДНК играят ролята на проводници, инструкции за свързване и електрони едновременно.

Когато въведете команда на конвенционален компютър, тя инструктира електроните да преминат през определен път на силициев чип. Всяка от тези верижни конфигурации съответства на различни математически операции – добавянето на функции към чиповете означава добавяне на такива пътища.

За да заменят кабелите с ДНК, Уанг и екипът му моделират как да комбинират къси сегменти ДНК в по-големи структури

Такива, които могат да служат като компоненти на веригата, като проводници, или да функционират, за да насочват тези кабели, като структури, които стабилизират връзките между молекулите.

Те приложиха това на практика, като напълниха епруветки с ДНК нишки и буферна течност и ги оставиха да се свързват помежду си.

Те се комбинират в по-големи молекули чрез химични реакции.

Изследователите също така оборудват всички молекули с флуоресцентни маркери, така че да могат да следят какво прави веригата въз основа на това как светят нейните части.

Те нарекли градивните елементи на своя компютър ДНК-базирани програмируеми масиви (DPGA), като всеки DPGA може да бъде проектиран така, че да реализира над 100 милиарда различни схеми чрез добавяне на различни къси молекули в тръбата му.

В един експеримент те свързват три DPGA, състоящи се от около 500 ДНК нишки, за да създадат схема, която решава квадратни уравнения.

В друг правят схема за вземане на квадратни корени. 

Въвеждали числа, като добавяли молекули с определена форма, които след това участвали в химични реакции с молекулите, съставящи веригата, аналогично на движението на електрон по проводници. Изходите на всяка верига били молекули, получени при последната реакция. 

Изследователите могат да ги разчетат, като измерят флуоресцентното им светене.

Те са използвали подобни методи, за да проектират ДПГА, която може да класифицира различни малки РНК молекули, избирайки тези, за които е известно, че са свързани с определен вид рак на бъбреците.

Този последен експеримент е началото на това, което екипът иска да направи с технологията DPGA. Тъй като молекулите на ДНК са по своята същност съвместими с биологичните системи, те биха могли да предложат естествен начин за извършване на интелигентна диагностика на различни видове заболявания“ чрез пряк контакт с телесни течности или дори от вътрешността на клетките. Той казва, че диагностичните устройства, базирани на DPGA, биха били много паралелни и енергийно ефективни.

Публикувано в списание Nature с DOI “10.1038/s41586-023-06484-9”.