DNA-کامپیوترها

در سال ۱۹۹۴ ، Adleman در مجله science مقاله ای چاپ کرد که در آن روش حل مسائل پیچیده ریاضی با استفاده از قابلیت هیبریداسیون رشته های مکمل DNA و استفاده از تکنیکهایی همچون PCR و الکتروفورز ارائه شده بود. این روش DNA-computing نام گرفت. از آن پس DNA-کامپییوتر ها گسترش زیادی پیدا کردند تا جایی که اخیرا شرکت الیمپوس ژاپن، اولین نسل DNA-کامپیوترها را به بازار عرضه کرد.


n020128_1.jpg



با استفاه از تکنیکهای بیوانفورماتیکی میتوان قابلیتهای DNA کامپیوترها را تا حد زیادی افزایش داد.

در شماره اخیر مجله Nature ،مقاله ای در مود DNA-کامپیوترها چاپ شده که خلاصه آن به شرح زیر میباشد:

محققین موفق شده اند قابلیتهای تحلیلگرانه ملکول ها را در مسیر دلخواه به کار گیرند. "ایهود شاپیرو" و همکاران از موسسه وایزمن با استفاده از DNA به عنوان نرم افزار و آنزیم به عنوان سخت افزار, برخی مسائل ریاضی را حل کردند.
پیش از این رایانه هایی که از DNA به عنوان ابزار ورودی و خروجی استفاده میکنند ساخته شده بود, ولی استفاده از آنها نیاز به نظارت انسانی داشت. با این روش جدید, تنها مخلوطی از ملکول های مطلوب کفایت میکند.
برای اینکه بتوان گفت ملکول های بیوشیمیایی عملا به عنوان تحلیلگر به کار گرفته میشوند هنوز خیلی زود است. مخترعین این سیستم پیش بینی میکنند این روش در آزمایشگاههای تعیین توالی DNA, یا حتی در کنترل ساخت داروها به کار رود.
"مارتین آموس" از دانشگاه لیورپول این را یک کشف جالب توجه میداند. با وجودی که او کارایی "رایانه های ملکولی" را در حل مسائل مهم و پیچیده امروزی مورد تردید قرار میدهد, کاربردهای احتمالی آنرا در حل مشکلات زیست شناختی مفید میداند: "استفاده از DNA به عنوان تحلیلگر ریاضی جایگاه خاص خود را دارد. من این پدیده را رقیب دستگاههای الکترونیکی مشابه نمیدانم. این ابزار بیشتر مناسب حل مشکلات زیست شناختی نظیر حسگرهای درون بدن موجودات زنده, یا کنترل مسیر دارو در بدن است. تولید یک دستاورد دارای ارزش تجاری از این پدیده, ممکن است 10 سال به طول بینجامد."
به هر حال, "شاپیرو" پدیده رایانه ملکولی را به عنوان یک اختراع به ثبت رسانده است. او میگوید "اگر به مکانیسم داخل سلول دقت کنید, با الهام از آن میتوانید یک رایانه طراحی کنید. ما احتیاجی به نوشتن برنامه و دستور العمل نداریم, تنها کافی است برنامه های از پیش آماده را به ترتیب دلخواه کنار هم بگذاریم."



ورودی رایانه ملکولی یک رشته DNA است. توالی بازهای آن مانند رشته ای از اعداد دودویی (صفر و یک) عمل میکند. ماشین وجود توالی خاصی (مثلا وجود تعدادی زوج از عدد 1) را کنترل میکند.
سخت افزار این رایانه دو آنزیم است که یکی (آنزیم برش دهنده) DNA را در محل یک توالی معین (موسوم به "مکان برشی") برش میدهد, و آنزیم دوم (آنزیم پیوند دهنده) قطعات بریده شده را به هم میچسباند. آنزیم برش دهنده برشهایی را ایجاد میکند که فاقد بخشی از توالی مکان برشی است. در نتیجه بسته به توالی بازها در اطراف مکانهای برشی, توالی های متنوعی از DNA به وجود می آید.
به عنوان مسئله, گروه تحقیقاتی DNAهایی را (موسوم به DNA برنامه) طراحی کردند که تنها قابلیت اتصال به بخشی از DNAهای برش خورده (موسوم به DNA ورودی) را دارد. هر DNA برنامه حاوی یک توالی قابل شناسایی به وسیله آنزیم و نیز یک توالی دیگر است که مکان برشی بعدی روی DNA ورودی را تعیین میکند.
آنزیم ها در طول رشته DNA حرکت میکنند تا به انتهای آن برسند (مانند خواندن یک برنامه ذخیره شده روی نوار) در انتها, آنزیم پیوند دهنده به DNA خروجی متصل شده, و واکنش زنجیره ای را متوقف میکند. نوع DNA خروجی, پاسخ مسئله را تعیین میکند.
"اریک بائوم" از موسسه تحقیقاتی NEC میگوید: "این سیستم بهتر از هرچه من تا کنون دیده ام کار میکند." با وجودی که "بائوم" درباره کارامد بودن این سیستم تردید دارد, آنرا "یک گام به جلو" میداند.

/ 0 نظر / 34 بازدید