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

Calculatorul din molecule de ADN poate rezolva probleme de matematică

06.05.2011
Calculatorul din molecule de ADN poate rezolva probleme de matematică
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

Cele mai noi articole
Cum va fi vremea în octombrie. Meteorologii anunță temperaturi mai ridicate decât normalul perioadei
Cum va fi vremea în octombrie. Meteorologii anunță temperaturi mai ridicate decât normalul perioadei
O firma din Australia a testat un spray nazal care reduce dezvoltarea coronavirusului
O firma din Australia a testat un spray nazal care reduce dezvoltarea coronavirusului
Cum arăta prima Dacia 1100 scoasă pe linia de producţie a uzinei de la Mioveni
Cum arăta prima Dacia 1100 scoasă pe linia de producţie a uzinei de la Mioveni
Misterul „tastaturii de piatră” din Norwich a fost elucidat
Misterul „tastaturii de piatră” din Norwich a fost elucidat
Părul uman, folosit la curățarea petrolului care poluează oceanele
Părul uman, folosit la curățarea petrolului care poluează oceanele
Cum au evoluat costumele de baie de-a lungul istoriei. Top 30 de imagini unice
Cum au evoluat costumele de baie de-a lungul istoriei. Top 30 de imagini unice
Un fermier a dat peste o piatră foarte rară, de mare importanță, în timp ce își ara câmpul
Un fermier a dat peste o piatră foarte rară, de mare importanță, în timp ce își ara câmpul
Prin ce schimbări a trecut Constituția SUA de-a lungul timpului?
Prin ce schimbări a trecut Constituția SUA de-a lungul timpului?
Oamenii de știință au confirmat că teoria lui Alan Turing explică misterioasele „cercuri ale zânelor”
Oamenii de știință au confirmat că teoria lui Alan Turing explică misterioasele „cercuri ale zânelor”
Un studiu a descoperit că Parkinson nu este doar una, ci două maladii
Un studiu a descoperit că Parkinson nu este doar una, ci două maladii
Aleksei Navalnîi nu se întoarce în Rusia. Mai are nevoie de săptămâni bune pentru a se recupera
Aleksei Navalnîi nu se întoarce în Rusia. Mai are nevoie de săptămâni bune pentru a se recupera
Gheața care se topește în Arctica nu va crește nivelul mărilor și oceanelor. Iată totuși cum ne va afecta
Gheața care se topește în Arctica nu va crește nivelul mărilor și oceanelor. Iată totuși cum ne va afecta
Oamenii de știință au identificat zeci de gene care permit cancerului să evite sistemul imunitar
Oamenii de știință au identificat zeci de gene care permit cancerului să evite sistemul imunitar
Un test de sânge poate identifica o infecție virală înainte de apariția primelor simptome
Un test de sânge poate identifica o infecție virală înainte de apariția primelor simptome
Codul sursă al Windows XP a fost făcut public
Codul sursă al Windows XP a fost făcut public
Pe aeroportul din Helsinki au fost aduși câini pentru a depista persoanele infectate cu COVID-19
Pe aeroportul din Helsinki au fost aduși câini pentru a depista persoanele infectate cu COVID-19
Oamenii de știință susțin că au descoperit prima exoplanetă într-o altă galaxie
Oamenii de știință susțin că au descoperit prima exoplanetă într-o altă galaxie
Un distrugător american a intrat în port arborând un drapel al piraților
Un distrugător american a intrat în port arborând un drapel al piraților