遺伝分子 DNA は特別なコードによって特徴付けられます。アデニン、チミン、グアニン、シトシンの 4 つの塩基の配列に応じて、DNA 鎖は異なる情報を保存できます。これらのベースはそれぞれの対応するベースにのみ接続するため、これを論理操作に利用できます。研究者らはすでにこれらの生体分子のソリューションを使用して、古典的な「巡回セールスマン問題」、つまり複数の都市間の最も効率的なルートを解決しています。大きな利点: 1 滴の中に何百万もの DNA 鎖を収容できるスペースがあるため、このような「DNA コンピューター」は多くの並列操作を同時に実行できます。オーフス大学のクルト・ゴセルフフ氏らは現在、DNAが論理ゲートの形で演算を実行できるだけでなく、いわゆるルックアップテーブルを使用した計算も実行できることを実証している。これらには、考えられる結果の大規模なセットがリストされており、コンピューターは計算時にこのライブラリから正しい解決策を選択します。
デジタル出力を備えたバイオロジカルコンピューティング
計算問題を解決するために、DNA 計算機はまず 2 つの DNA 鎖の形で乗算される 2 つの値を受け取ります。 「これら2本の鎖はそれぞれ数字を表している」と研究者らは説明する。ストランドの一部は他のすべてのストランドと互換性のあるコードで構成されていますが、別の部分は目的の番号に固有です。 「これらの鎖が結果のライブラリと混合されると、それらは 3 つの組み合わせを形成します」と Gothelf と彼の同僚は報告しています。2 つの数値配列は、これらのコードの両方の対応物を含む溶液鎖に結合します。 「正しい解決策を選択するには、両方のタスク セットが存在する必要があるため、これは論理 AND ゲートに少し似ています」と研究者は言います。開始番号の 2 つのシーケンスに加えて、ソリューション ストランドには、ソリューションを表すコードも含まれています。最も重要なステップは完了しました。計算問題の結果が選択されました。この実験では、研究者らは開始番号が 1 ～ 5 で、結果が 1 ～ 15 である 15 の異なる乗算を実行しました。
ただし、数学的に最適な解決策であっても、それが読めなければほとんど役に立ちません。 DNA の配列を決定する必要がないようにこの問題を解決するために、科学者たちは洗練された出力システムを開発しました。この場合、タスク鎖とソリューション鎖の複合体が他の蛍光生体分子と結合します。これらは、デジタル マイクロディスプレイにまとめられて、顕微鏡で読み取ることができる数値を形成するように構築されています。 「チップ設計にわずかな変更を加えることで、出力を肉眼で見える形にすることも可能です」と Gothelf 氏と彼の同僚は報告しています。彼らの実験では、溶液の番号は茶色の背景にベージュ色の数字として表示されます。
DNA コンピューターはまだそれほど高速ではありません。タスクを完了するには 2 時間「培養」する必要があります。それにもかかわらず、研究者らは、将来的にはこのような DNA コンピューターが実用化されると考えています。たとえば、患者から採取した核酸断片と疾患特有の溶液鎖を組み合わせることにより、疾患の検出に役立つ可能性があります。 「このシステムは、診断やセンサー技術における将来のより強力なデータ処理システムの重要なコンポーネントになる可能性があります」とゴセルフフ氏と彼の同僚は語った。
