Пробив при ДНК компютрите

Свикнали сме да възприемаме компютрите като метални машини с компоненти като процесор, твърд диск и оперативна памет, чрез които те извършват огромен брой изчисления. Тази концепция е в основата на съвременните лаптопи, смартфони, таблети и всички останали дигитални устройства, а вече навлиза с бързи темпове и в нашите автомобили, телевизори, домашни електроуреди и какво ли още не. Около нас обаче съществуват много други начини за обработка на информацията и не – традиционните компютри не са най-широко разпространеният сред тях. Тази чест се пада на една друга информационна система, която функционира във всеки от нас и на практика – във всяко живо същество по света. Става въпрос, разбира се, за ДНК, или Дезоксирибонуклеиновата киселина.

Тази миниатюрна молекула съхранява цялата информация за това как трябва да изглеждаме ние и нашите наследници, какви черти да притежаваме и как да се променяме. ДНК е толкова мощна информационна система, че само шест грама от тази био – субстанция могат да съхраняват

3072 екзабайта информация

Ако се чудите какво е екзабайт, това е огромен обем данни, равняващ се на 1000 петабайта или 1000 по 1000 терабайта, като за сравнение в началото на 2011 г. цялото човечество е съхранявало общо около 300 екзабайта. Производителността на такава система пък би могла да достигне 1000 petaFLOPS. Отново за сравнение – при най-мощните суперкомпютри днес този показател е малко над 100 petaFLOPS.

Овладяването на подобна

изчислителна мощ

би променило изцяло обществото ни, би довело до ново поколение компютри, способни да извършват несравними за днешните представи изчисления. И вероятно всеки редови потребител ще може да разполага в джоба си с машина, надминаваща по производителност днешните суперкомпютри. Ефектът за науката също би бил огромен, защото компютри с подобен капацитет ще спомогнат за отговарянето на редица въпроси от области като генетиката, медицината, астрономията, физиката на елементарните частици и много други. Можем само да гадаем до какви открития ще доведе такова развитие. Самата концепция за компютрите също би се променила изцяло, тъй като при ДНК информацията се обработва паралелно и милиони или милиардни молекули могат да взаимодействат по едно и също време.

Вероятно вече се питате: какво чакаме и защо не сме впрегнали този потенциал на живата природа? Стотици учени по света вече се опитват да направят това и да създадат пълноценни ДНК компютри.

Първи за изчислителния капацитет на спиралата на живота се досеща Леонард Ейдълман, компютърен учен от Университета на Южна Калифорния и носител на наградата Тюринг, която има статута на Нобелова награда за компютърни науки. За първи път той представя на общността система, базирана на ДНК, която може да извършва различни изчисления още през 1994 година. От тогава до днес този ИТ подсегмент търпи сериозно развитие. През 2002 г. израелски учени създават молекулярен компютър, съставен от ензими и ДНК молекули, вместо силициеви микрочипове, а две години по-късно изследователски екип от същата страна представят ДНК машина с входно-изходна система, която на теория би трябвало да може да диагностицира рак. Друг пробив беше постигнат през 2013 г., когато научен екип успя да съхрани в ДНК JPEG изображение, Шекспирови сонети и аудио файл. През 2016 г. пък беше използвана перспективната технология за редактиране на гени CRISPR за вмъкване на GIF изображение на галопиращ кон в ДНК на жива бактерия.

Проблемите

Въпреки впечатляващото развитие на ДНК компютрите до момента, те винаги са страдали от една основна слабост – кодът, създаван чрез тях не можеше да бъде пренаписан. Или ако използваме паралел с традиционните изчислителни машини – това е все едно да се налага да създаваме нов компютър всеки път, когато искаме да стартираме нова софтуерна програма. Това е на път да се промени с нов пробив в този сегмент от началото на тази година, който би могъл да доведе до появата на ново поколение програмируеми ДНК компютри.

Постижението

е на екип учени от Калифорнийския университет UC Davis, Калифорнийския технологичен институт и Харвард, под ръководството на Дейвид Доти. Това, което те са успели да направят, е система от 355 своеобразни „плочки“ ДНК, които биха могли да бъдат сравнени с веригите на конвенционалните компютри. Резултатът е компютър, който може да изпълнява 21 различни програми, сред които има функции като броене, избор на опции от списък, разпознаване на палиндроми и др. Екипът вече представи откритието си в статия в сп. Nature, която беше посрещната позитивно от научната общност.

Перспективите

пред подобна технология са огромни. На практика тя отваря широко вратата към развитието на пълноценни биологични компютри, използващи изчислителния потенциал на ДНК. Това ни доближава до момента, когато такива машини биха могли да се появят в живота ни и, ако не да бъдат използвани от редовите потребители, то поне да решават сериозни научни въпроси и да подобряват качеството ни на живот и нашето разбиране за Вселената.