Home » D:News » Calculatorul din molecule de ADN poate rezolva probleme de matematică

Calculatorul din molecule de ADN poate rezolva probleme de matematică

Calculatorul din molecule de ADN poate rezolva probleme de matematică
Publicat: 05.06.2011
Folosind procesul natural de formare şi desfacere a legăturilor dintre lanţurile (catenele) de ADN, cercetătorii de la Caltech au dezvoltat o metodă nouă şi adaptabilă de a transforma aceste molecule în calculatoare. Conceptul deschide drumul spre o serie de posibile circuite construite în întregime din ADN, capabile să rezolve probleme matematice de bază.

In celule, ADN este prezent sub forma unor perechi de catene
(AND dublucatenar) alcătuite din unităţi numite nucleotide. Fiecare
nucleotidă ADN este alcătuită din grupări fosfat, o moleculă de
dezoxiriboză şi o bază azotată. Catenele dublului helix ADN sunt
unite de-a lungul lor prin legături de hidrogen între bazele
azotate complementare.

Intr-un prim experiment, echipa de la Caltech a utilizat un
sistem format din 130 de lanţuri de ADN, care putea calcula
rădăcina pătrată a numerelor până la 15.

Pentru aceasta, au fost utilizate diferite tipuri de lanţuri ADN
(cu diferite secvenţe de nucleotide) reprezentând 0 şi 1, numere
din sistemul binar utilizare în circuitele digitale standard.
Oamenii de ştiinţă au putut folosi ADN-ul în locul numerelor binare
începând din 1994, când matematicianul Leonard Adleman a elaborat
conceptul utilizării ADN-ului în calculul computerizat.

Modelul realizat de echipa Caltech conţine părţi de bază ce pot
fi amestecate şi combinate in diferite moduri, iar echipa speră că
acest sistem va permite o gamă largă de calcule.
Coautorii studiului, Lulu Qian şi Eril Winfree, au utilizat
abilitatea naturală a moleculelor de ADN de a forma legături între
ele (două lanţuri de ADN se ataşează unul de celălalt, pe baza
complementarităţii, formând o spirala dublucatenară) şi de a se
separa prin desfacerea acestor legături.

Sistemul imaginat de cercetători include două tipuri de ADN
sintetic, amestecate într-o eprubetă: molecule de ADN monocatenar
şi molecule dublucatenare, dar cu o mică porţiune „deschisă”, în
care legăturile sunt desfăcute, bazele azotate fiind astfel
„disponibile” pentru formarea de noi legaturi.

Moleculele monocatenare de ADN plutesc în soluţie până când
întâlnesc o moleculă ADN dublucatenară a cărei porţiune deschisă
prezintă un model (o succesiune de nucleotide) complementar cu
modelul moleculei monocatenare libere.

Pornind de la această porţiune, molecula monocatenară se leagă
de una dintre
moleculele
perechii, dislocând-o pe celalaltă şi luându-I
locul. În urma acestui proces, se formează o nouă moleculă
dublucatenară şi una monocatenară.

Prin proiectarea precisă a secvenţelor de ADN, echipa ar putea
adăuga în amestec molecule reprezentând 1001 în notaţie binară
(echivalent cu 9 în sistemul zecimal) şi ar putea să obţină un
răspuns binar, analizând moleculele de ADN rezultate, odată ce
reacţiile s-au finalizat. În acest caz, răspunsul a fost o rădăcină
pătrată: 11 în sistemul binar (sau 3 în sistemul de numeraţie
zecimal.)

Deoarece porţiunile de ADN pot fi proiectate astfel încât să
aibă anumite secvenţe de nucleotide, echipa ar putut cu uşurinţă să
realizeze un circuit pentru a face adunări sau scăderi, în locul
extragerii rădăcinii pătrate. „Este simplitatea care permite
complexitate”, spune Winfree, specialist în bioinginerie.

Totuşi, spre deosebire de un calculator, acest „abac din
eprubetă” are nevoie de aproape 10 ore pentru a scoate o rădăcină
pătrată.

„Pe lângă utilizarea matematică, acest circuit ar putea ajuta la

descoperirea unor boli
prin identificarea prezenţa unor anumite
molecule din sânge”, susţine Andrew Ellington, specialist în
biotehnologie la Universitatea Texas, SUA.

Surprinzător, proiectul celor de la Caltech „aminteşte de ceea
ce face o celulă în organizarea şi proiectarea viitorului ei”,
spune Adleman, de la Universitatea Southern California din Los
Angeles. Ca un supercomputer organic, celula realizează calcule
similare celor realizate de circuitele din ADN sintetic. Cea mai
importantă aplicare a acestor experimente ar putea consta în
explorarea modului în care biologia transpune biţii ADN-ului în
funcţii ale organismului.

Sursa:
Science News

Urmărește DESCOPERĂ.ro pe
Google News și Google Showcase
Cele mai noi articole
La cât se așteaptă specialiștii că va ajunge preţul cuprului?
La cât se așteaptă specialiștii că va ajunge preţul cuprului?
Michael Richards, celebrul „Kramer” din Seinfeld, vorbește pentru prima oară despre viața personală
Michael Richards, celebrul „Kramer” din Seinfeld, vorbește pentru prima oară despre viața personală
Ceaușescu și cocoșii de munte. „Cine îl putea opri să nu comită şi această faptă abominabilă?”
Ceaușescu și cocoșii de munte. „Cine îl putea opri să nu comită şi această faptă abominabilă?”
De ce vrea NASA să folosească Soarele ca pe un telescop uriaș?
De ce vrea NASA să folosească Soarele ca pe un telescop uriaș?
Ce au descoperit cercetătorii după ce au studiat din nou o specie de broască fără plămâni?
Ce au descoperit cercetătorii după ce au studiat din nou o specie de broască fără plămâni?
6 schimbări climatice care s-au întâmplat în Europa în urmă cu 1 milion de ani
6 schimbări climatice care s-au întâmplat în Europa în urmă cu 1 milion de ani
Canabisul în concentrație mai mare, legat de un risc dramatic de episoade psihotice
Canabisul în concentrație mai mare, legat de un risc dramatic de episoade psihotice
Oamenii de știință au creat diamante în doar 15 minute cu o tehnică inovatoare
Oamenii de știință au creat diamante în doar 15 minute cu o tehnică inovatoare
O călătorie epică în plin război mondial. De la Paris la București, prin Rusia țaristă
O călătorie epică în plin război mondial. De la Paris la București, prin Rusia țaristă
Astronomii au descoperit un mini-Neptun într-un sistem stelar binar
Astronomii au descoperit un mini-Neptun într-un sistem stelar binar
Utilizatorii de WhatsApp pe Android primesc funcții noi
Utilizatorii de WhatsApp pe Android primesc funcții noi
Care sunt legumele cele mai bune pentru prevenirea cancerului?
Care sunt legumele cele mai bune pentru prevenirea cancerului?
Celine Dion spune că a știut înainte de diagnostic că ceva nu era în regulă cu ea
Celine Dion spune că a știut înainte de diagnostic că ceva nu era în regulă cu ea
Acum 536 de ani începea construirea „Capelei Sixtine a Estului”. Străinii au rămas uimiţi de frumuseţea acestei mănăstiri româneşti
Acum 536 de ani începea construirea „Capelei Sixtine a Estului”. Străinii au rămas uimiţi de frumuseţea acestei ...
Unii angajați au început să-și ia concediu fără să le mai spună șefilor
Unii angajați au început să-și ia concediu fără să le mai spună șefilor
În câți ani crede Elon Musk că Inteligența Artificială va depăși oamenii?
În câți ani crede Elon Musk că Inteligența Artificială va depăși oamenii?
Zeci de oameni au murit până acum în Mexic din cauza căldurii extreme
Zeci de oameni au murit până acum în Mexic din cauza căldurii extreme
Schimbările climatice îngrijorează producătorii de bere și de înghețată
Schimbările climatice îngrijorează producătorii de bere și de înghețată