DNA-tietotekniikka tehostuu

Kuvassa näkyviä vihreitä, tummansinisiä ja sinisi synteettisiä esisoluja käytetään DNA-viestintään ja -laskentaan. Esisolut sisältävät DNA-logiikkaportteja ja jäävät pienten pilariparien (harmaat kuviot) väliin mikrofluidilaitteessa.

DNA-molekyylejä voidaan potentiaalisesti ohjelmoida uudelleen auttaa tekemään hyödyllisiä asioita, kuten sairauksien havaitseminen ja lääkkeiden vapauttaminen. Mutta tähän asti tällainen DNA-tietotekniikka on ollut mahdotonta veressä, koska ihmisen entsyymit hajottavat molekyylit lähes välittömästi.

Biolääketieteen insinööri Tom de Greef Eindhovenin teknillisestä yliopistosta yhdessä tutkijoiden kanssa Radboudin ja Bristolin yliopistoista sekä Microsoft Researchista ovat ratkaisseet ongelman luomalla suojaan molekylaarisen koteloinnin, jossa he loivat toimivia DNA-pohjaisia laskennallisia piirejä.

Tietokoneiden tapaan DNA:sta valmistetut molekyylitietokoneet käyttävät DNA-säikeiden välisiä ohjelmoitavia vuorovaikutuksia DNA-tulojen ja -lähtöjen ohjailuun. DNA-tietokoneita voidaan ohjelmoida suorittamaan monimutkaista laskentaa molekyylidatasta ilman ihmisen väliintuloa.

Uusi lähestymistapa hyödyntää kapseleiden yhteisöjä ('proteinosomes'), jotka sisältävät monenlaisia DNA-molekyylejä. Yhdessä niitä voidaan käyttää molekyylien tunnistamiseen ja laskentaan ja mahdollisiin sovelluksiin in vitro -diagnostiikassa ja älykkäissä terapioissa.

DNA-tietokoneet ovat luonnostaan hitaita ja huonosti skaalautuvia, koska ne toimivat "kemiallisessa keitossa", jossa ne luottavat satunnaisiin diffuusioihin keskinäisessä vuorovaikutuksessaan ja suorittaessaan laskennallisia askeleita.

Lokeroinnin avulla lisätään DNA-molekyylien pitoisuutta kapseleiden sisällä ja siten laskentanopeutta. Lisäksi lokerointi mahdollistaa laskennallisten piirien modulaarisen rakenteen.

Yksi nanoteknologian pitkäaikaisista tavoitteista on luoda itsenäisiä molekyylikoneita, jotka voivat toimia ankarissa biologisissa ympäristöissä. "Tähän mennessä", selventää De Greef, "DNA-pohjaisia tietokoneita ei vielä ole voitu käyttää biologisissa olosuhteissa, koska veren seerumissa olevat entsyymit tuhoaisivat laskennasta vastaavat DNA-säikeet."

Tämä uusi lähestymistapa muodostaa perustan käyttäen esisolu kommunikointi alustaa tuoda sulautettujen molekyylien ohjauspiirit lähemmäksi käytännön sovelluksia lääketieteen alalla.

Tällä hetkellä TU:n ja Microsoftin tutkijat testaavat osastoituja DNA-piirejä sairauksien havaitsemiseksi ja luokittelemiseksi.

Aiheesta aiemmin:

Ohjelmoitava kemiallinen oskillaattori

Logiikkaa elävissä soluissa

Olisiko DNA tulevaisuuden tietotekniikan perusta?