Milijardama godina život je koristio dugačke molekule deoksiribonukleinske kiseline, ili DNK, za skladištenje informacija i rešavanje problema.
Danas se inženjeri bave DNK računarstvom kako bi snimali podatke i služili kao biološki računari, ali do sada su se borili da dizajniraju sintetički sistem koji može da skladišti i izvršava zadatke u isto vreme.
Novo istraživanje je sada pokazalo da je moguće spakovati i predstaviti DNK tako da može da upravlja i jednim i drugim, pružajući pun paket računarskih funkcija iz nizova nukleinskih kiselina. Konkretno, govorimo o čuvanju, čitanju, brisanju, premeštanju i ponovnom pisanju podataka i rukovanju ovim funkcijama na programabilne i ponovljive načine, slično kao što bi funkcionisao konvencionalni računar.
Istraživači sa Državnog univerziteta Severne Karoline (NC State) i Univerziteta Džons Hopkins pokazali su u eksperimentima da njihova nova skela nukleinske kiseline služi kao dokaz svestranosti DNK računarstva i da ima potencijal za izgradnju neverovatno kompaktnih bioloških mašina.
„Smatralo se da, iako skladištenje DNK podataka može biti korisno za dugoročno skladištenje podataka, bilo bi teško ili nemoguće razviti DNK tehnologiju koja bi obuhvatala čitav niz operacija koje se nalaze u tradicionalnim elektronskim uređajima“, kaže molekularni biolog NC State Albert. Keung.
„Pokazali smo da su ove tehnologije zasnovane na DNK održive, jer smo je napravili.“
DNK deluje kao kodna baza za žive organizme, obezbeđujući molekularne šablone za biološke strukture i procese. Ipak, u teoriji, hemijski nizovi mogu predstavljati skoro svaki niz informacija. Naučnici su godinama razvijali metode za ubijanje svih vrsta podataka u slobodno plutajuće niti DNK.
Umesto skladištenja molekula na sićušnim strukturama nalik drvetu zvanim dendrikoloidi, istraživači su bili u mogućnosti ne samo da čuvaju, već i kontinuirano uređuju svoj kod mnogo lakše.
Ključ za sistem je način na koji se informacije o DNK mogu razlikovati od dendrikoloidnih nanovlakna na kojima su uskladištene: ovo omogućava da se podaci kopiraju u oblik RNK (ribonukleinske kiseline) koji će se obraditi ili da se specifične oblasti DNK prepišu, bez oštetiti originalne DNK ‘datoteke’ ili medijum za skladištenje.
Još bolje, grananje dendrikoloidne skele takođe pomaže u očuvanju informacija o DNK, u poređenju sa polimerima u rastvoru. Analiza ubrzanog starenja sugeriše da bi pramenovi uskladišteni na dendrikoloidima na temperaturi od oko 4 stepena Celzijusa (oko 39 stepeni Farenhajta) imali milenijumski vek poluraspada. Na nižim temperaturama, to bi moglo biti milionima godina.
Koristeći ovakav sistem, podaci koji bi popunili hiljadu laptopova mogu se pouzdano čuvati u prostoru veličine gumice olovke, kaže Keung, što omogućava dugotrajno skladištenje ogromnih baza podataka.
„To nam u suštini omogućava da sprovodimo čitav niz funkcija skladištenja DNK podataka i računarskih funkcija“, kaže hemijski inženjer NC State Kevin Lin.
Iako smo još daleko od toga da ovi DNK računari nađu široku upotrebu, ovo pokazuje da se to može učiniti. Biološka mašina je već bila u stanju da reši jednostavne šahovske i sudoku probleme – teško u domenima superkompjutera, ali svakako impresivno za mikroskopske molekule.
Možda trenutno nije naročito moćan ili naročito brz, ali obećanje DNK skladištenja i računarstva je trpanje ogromne količine informacija u super-mali prostor, na medijumu koji bi potencijalno mogao da nadživi čitave civilizacije.
„Želeli smo da razvijemo nešto što bi inspirisalo oblast molekularnog računarstva“, kaže Keung. „I nadamo se da je ovo što smo uradili korak u tom pravcu.“
Istraživanje je objavljeno u časopisu Nature Nanotechnology.
