Privacy Policy Cookie Policy Terms and Conditions Komputer DNA - Wikipedia, wolna encyklopedia

Komputer DNA

Z Wikipedii

Komputer DNA (biokomputer) to komputer, w którym obliczenia zachodzą dzięki reakcjom chemicznym między cząsteczkami DNA.

Spis treści

[edytuj] Zasada działania

W komputerze DNA informacja jest zakodowana w postaci łańcuchów DNA. Podobnie jak zwykłe komputery, składa się z bramek logicznych, te jednak są oparte na enzymach. Enzymy te powodują reakcje chemiczne między łańcuchami, a ich wynik stanowi nową informację. Komputer taki jest probabilistyczny - wynik każdego działania otrzymujemy jedynie z pewnym prawdopodobieństwem.

[edytuj] Rozwój komputerów DNA

[edytuj] Eksperyment Adlemana

W 1994 r. Leonard Adleman zaproponował ideę rozwiązywania problemów matematycznych za pomocą cząsteczek DNA. Na łamach magazynu Science przedstawił metodę rozwiązania problemu komiwojażera dla 7 miast i 13 dróg między nimi. Eksperyment miał następujący przebieg:

  • Każde miasto było reprezentowane przez losowy łańcuch DNA o długości 20, np:

G-C-A-C-T-G-G-A-C-T-C-A-T-G-C-A-C-T-G-T

  • Droga między miastami 1 i 2 reprezentowana była przez łańcuch długości 20 składający się z cząsteczek stanowiących dopełnienie (na zasadzie komplementarności: A-T, C-G) zasad łańcuchów reprezentujących te miasta, w połowie od każdego. Ponieważ w DNA adenina (A) łączy się z tyminą (T) a cytozyna (C) z guaniną (G), pierwsza połowa łańcucha łączyła się z połową łańcucha reprezentującego miasto 1, a druga z połową łańcucha reprezentującego miasto 2. Przykładowo, łańcuchy miasto 1 i miasto 2 można połączyć łańcuchem reprezentującym drogę w następujący sposób:

C-T-A-G-C-A-T-A-G-T-A-T-G-C-G-T-C-G-A-G G-C-A-C-T-G-G-A-C-T-C-A-T-G-C-A-C-T-G-T
T-A-C-G-C-A-G-C-T-C-C-G-T-G-A-C-C-T-G-A

Łańcuch taki działa niczym klocek LEGO łączący dwa inne umieszczone "na górze". Kontynuując w ten sposób mogą powstać łańcuchy DNA reprezentujące ścieżki przechodzące kolejno przez kilka miast.

  • Miliardy łańcuchów umieszczono w próbówce i wymieszano.
  • Łańcuchy łączą się ze sobą tworząc wszystkie możliwe ścieżki od miasta 1 do 7.
  • Przy zastosowaniu reakcji chemicznych wyeliminowane zostają wszystkie ścieżki poza tymi, które zawierają dokładnie 7 różnych łańcuchów.

Znalezienie wszystkich możliwych ścieżek zajęło kilka sekund, jednak wykluczenie nie spełniających warunków zadania trwało kilka dni.

Eksperyment Adlemana został zobrazowany w formie komiksu[1].

[edytuj] Bramki logiczne

W 1997 r. Animesh Ray i Mitsu Ogihara z uniwersytetu w Rochester skonstruowali pierwsze bramki logiczne DNA [2]. Wykrywają one fragmenty materiału genetycznego na wejściu, a następnie łączą je dając w rezultacie nowy łańcuch. Przykładowo bramka AND powstaje przez połączenie dwóch łańcuchów końcami przy pomocy ligazy. Długość łańcucha wynikowego można wyznaczyć stosując metodę elektroforezy żelowej.

W 2002 na Uniwersytecie Columbia opracowano szereg bramek opartych na enzymie DNA, fosfodiesterazie[3].

[edytuj] Pierwszy komputer

Informacja o pierwszym komputerze DNA pojawiła się 28 marca 2002 r. w magazynie Nature. Został on skonstruowany pod kierunkiem Ehuda Shapiro w Instytucie Weizmanna. Spełniał wymogi automatu skończonego. Był on wyposażony w prosty moduł wejścia i wyjścia i mógł diagnozować komórkę rakową i podawać jej lek.

[edytuj] Kółko i krzyżyk

W 2003 r. naukowcy z Uniwersytetu Columbia i Uniwersytetu Nowego Meksyku skonstruowali komputer MAYA, który potrafił grać w kółko i krzyżyk [4]. Składał się z 23 bramek DNA rozmieszczonych w próbówkach oznaczających 8 zewnętrznych pól planszy do gry. Przebieg gry wyglądał następująco:

  • Ruch człowieka polegał na dodaniu jednego z ośmiu DNA do każdego z pól. Każdy rodzaj DNA miał inną sekwencję i oznaczał wybór innego pola w grze.
  • W wyniku reakcji wewnątrz pól, bramki wywoływały fluorescencję odpowiedniego pola, co oznaczało ruch komputera.
  • Pierwszy ruch w grze należał do komputera i wykonywał go zawsze w centralnym polu.
  • Drugi ruch człowieka ograniczony był tylko do dwóch pól: górnego i środkowego w lewej kolumnie.
  • Istnieje 19 możliwych scenariuszy tej gry. W żadnym komputer nie przegrywał.

W 2006 roku powstała MAYA-II, udoskonalona wersja komputera, która zawierała 128 bramek DNA[5] [6]. Pierwszy ruch znów należał do komputera i był wykonywany w centralnym polu, tym razem jednak człowiek mógł wybrać dowolne z ośmiu pozostałych pól. Pozwalało to na 76 możliwych scenariuszy gry.

Gra zajmuje dużo czasu. Obliczenie jednego ruchu trwa od 2 do 30 minut.

[edytuj] Zastosowanie

Komputer DNA może być stosowany do identyfikacji wirusów lub znajdowania mutacji w kodzie genetycznym. Można go używać w roztworach chemicznych i w żywych organizmach, co może umożliwiać diagnozę i leczenie nawet na poziomie pojedynczych komórek.

THIS WEB:

aa - ab - af - ak - als - am - an - ang - ar - arc - as - ast - av - ay - az - ba - bar - bat_smg - be - bg - bh - bi - bm - bn - bo - bpy - br - bs - bug - bxr - ca - cbk_zam - cdo - ce - ceb - ch - cho - chr - chy - closed_zh_tw - co - cr - cs - csb - cu - cv - cy - da - de - diq - dv - dz - ee - el - eml - en - eo - es - et - eu - fa - ff - fi - fiu_vro - fj - fo - fr - frp - fur - fy - ga - gd - gl - glk - gn - got - gu - gv - ha - haw - he - hi - ho - hr - hsb - ht - hu - hy - hz - ia - id - ie - ig - ii - ik - ilo - io - is - it - iu - ja - jbo - jv - ka - kg - ki - kj - kk - kl - km - kn - ko - kr - ks - ksh - ku - kv - kw - ky - la - lad - lb - lbe - lg - li - lij - lmo - ln - lo - lt - lv - map_bms - mg - mh - mi - mk - ml - mn - mo - mr - ms - mt - mus - my - mzn - na - nah - nap - nds - nds_nl - ne - new - ng - nl - nn - no - nov - nrm - nv - ny - oc - om - or - os - pa - pag - pam - pap - pdc - pi - pih - pl - pms - ps - pt - qu - rm - rmy - rn - ro - roa_rup - roa_tara - ru - ru_sib - rw - sa - sc - scn - sco - sd - se - searchcom - sg - sh - si - simple - sk - sl - sm - sn - so - sq - sr - ss - st - su - sv - sw - ta - te - test - tet - tg - th - ti - tk - tl - tlh - tn - to - tokipona - tpi - tr - ts - tt - tum - tw - ty - udm - ug - uk - ur - uz - ve - vec - vi - vls - vo - wa - war - wo - wuu - xal - xh - yi - yo - za - zea - zh - zh_classical - zh_min_nan - zh_yue - zu

Static Wikipedia 2008 (no images)

aa - ab - af - ak - als - am - an - ang - ar - arc - as - ast - av - ay - az - ba - bar - bat_smg - bcl - be - be_x_old - bg - bh - bi - bm - bn - bo - bpy - br - bs - bug - bxr - ca - cbk_zam - cdo - ce - ceb - ch - cho - chr - chy - co - cr - crh - cs - csb - cu - cv - cy - da - de - diq - dsb - dv - dz - ee - el - eml - en - eo - es - et - eu - ext - fa - ff - fi - fiu_vro - fj - fo - fr - frp - fur - fy - ga - gan - gd - gl - glk - gn - got - gu - gv - ha - hak - haw - he - hi - hif - ho - hr - hsb - ht - hu - hy - hz - ia - id - ie - ig - ii - ik - ilo - io - is - it - iu - ja - jbo - jv - ka - kaa - kab - kg - ki - kj - kk - kl - km - kn - ko - kr - ks - ksh - ku - kv - kw - ky - la - lad - lb - lbe - lg - li - lij - lmo - ln - lo - lt - lv - map_bms - mdf - mg - mh - mi - mk - ml - mn - mo - mr - mt - mus - my - myv - mzn - na - nah - nap - nds - nds_nl - ne - new - ng - nl - nn - no - nov - nrm - nv - ny - oc - om - or - os - pa - pag - pam - pap - pdc - pi - pih - pl - pms - ps - pt - qu - quality - rm - rmy - rn - ro - roa_rup - roa_tara - ru - rw - sa - sah - sc - scn - sco - sd - se - sg - sh - si - simple - sk - sl - sm - sn - so - sr - srn - ss - st - stq - su - sv - sw - szl - ta - te - tet - tg - th - ti - tk - tl - tlh - tn - to - tpi - tr - ts - tt - tum - tw - ty - udm - ug - uk - ur - uz - ve - vec - vi - vls - vo - wa - war - wo - wuu - xal - xh - yi - yo - za - zea - zh - zh_classical - zh_min_nan - zh_yue - zu -

Static Wikipedia 2007:

aa - ab - af - ak - als - am - an - ang - ar - arc - as - ast - av - ay - az - ba - bar - bat_smg - be - bg - bh - bi - bm - bn - bo - bpy - br - bs - bug - bxr - ca - cbk_zam - cdo - ce - ceb - ch - cho - chr - chy - closed_zh_tw - co - cr - cs - csb - cu - cv - cy - da - de - diq - dv - dz - ee - el - eml - en - eo - es - et - eu - fa - ff - fi - fiu_vro - fj - fo - fr - frp - fur - fy - ga - gd - gl - glk - gn - got - gu - gv - ha - haw - he - hi - ho - hr - hsb - ht - hu - hy - hz - ia - id - ie - ig - ii - ik - ilo - io - is - it - iu - ja - jbo - jv - ka - kg - ki - kj - kk - kl - km - kn - ko - kr - ks - ksh - ku - kv - kw - ky - la - lad - lb - lbe - lg - li - lij - lmo - ln - lo - lt - lv - map_bms - mg - mh - mi - mk - ml - mn - mo - mr - ms - mt - mus - my - mzn - na - nah - nap - nds - nds_nl - ne - new - ng - nl - nn - no - nov - nrm - nv - ny - oc - om - or - os - pa - pag - pam - pap - pdc - pi - pih - pl - pms - ps - pt - qu - rm - rmy - rn - ro - roa_rup - roa_tara - ru - ru_sib - rw - sa - sc - scn - sco - sd - se - searchcom - sg - sh - si - simple - sk - sl - sm - sn - so - sq - sr - ss - st - su - sv - sw - ta - te - test - tet - tg - th - ti - tk - tl - tlh - tn - to - tokipona - tpi - tr - ts - tt - tum - tw - ty - udm - ug - uk - ur - uz - ve - vec - vi - vls - vo - wa - war - wo - wuu - xal - xh - yi - yo - za - zea - zh - zh_classical - zh_min_nan - zh_yue - zu

Static Wikipedia 2006:

aa - ab - af - ak - als - am - an - ang - ar - arc - as - ast - av - ay - az - ba - bar - bat_smg - be - bg - bh - bi - bm - bn - bo - bpy - br - bs - bug - bxr - ca - cbk_zam - cdo - ce - ceb - ch - cho - chr - chy - closed_zh_tw - co - cr - cs - csb - cu - cv - cy - da - de - diq - dv - dz - ee - el - eml - en - eo - es - et - eu - fa - ff - fi - fiu_vro - fj - fo - fr - frp - fur - fy - ga - gd - gl - glk - gn - got - gu - gv - ha - haw - he - hi - ho - hr - hsb - ht - hu - hy - hz - ia - id - ie - ig - ii - ik - ilo - io - is - it - iu - ja - jbo - jv - ka - kg - ki - kj - kk - kl - km - kn - ko - kr - ks - ksh - ku - kv - kw - ky - la - lad - lb - lbe - lg - li - lij - lmo - ln - lo - lt - lv - map_bms - mg - mh - mi - mk - ml - mn - mo - mr - ms - mt - mus - my - mzn - na - nah - nap - nds - nds_nl - ne - new - ng - nl - nn - no - nov - nrm - nv - ny - oc - om - or - os - pa - pag - pam - pap - pdc - pi - pih - pl - pms - ps - pt - qu - rm - rmy - rn - ro - roa_rup - roa_tara - ru - ru_sib - rw - sa - sc - scn - sco - sd - se - searchcom - sg - sh - si - simple - sk - sl - sm - sn - so - sq - sr - ss - st - su - sv - sw - ta - te - test - tet - tg - th - ti - tk - tl - tlh - tn - to - tokipona - tpi - tr - ts - tt - tum - tw - ty - udm - ug - uk - ur - uz - ve - vec - vi - vls - vo - wa - war - wo - wuu - xal - xh - yi - yo - za - zea - zh - zh_classical - zh_min_nan - zh_yue - zu