Diyakini bahwa DNA akan menyelamatkan kita dari komputer. Dengan kemajuan dalam penggantian transistor silikon, komputer DNA berjanji untuk memberi kami arsitektur komputasi paralel masif yang saat ini tidak memungkinkan. Tapi inilah tangkapannya: sirkuit mikro molekuler yang telah ditemukan sampai sekarang sama sekali tidak memiliki fleksibilitas. Saat ini, menggunakan DNA untuk menghitung sama seperti "membuat komputer baru dari perangkat keras baru untuk menjalankan satu program", kata ilmuwan David Doty.
Doty, seorang profesor di University of California, Davis, dan rekan-rekannya memutuskan untuk mencari tahu apa yang diperlukan untuk membuat komputer DNA yang sebenarnya dapat diprogram ulang.
Komputer DNA
Dalam makalah yang diterbitkan minggu ini di jurnal Nature, Doty dan rekannya di University of California dan Maynooth menunjukkan hal itu. Mereka menunjukkan bahwa pemicu sederhana dapat digunakan untuk memaksa kumpulan dasar molekul DNA yang sama untuk menerapkan banyak algoritme berbeda. Sementara penelitian ini masih bersifat eksplorasi, algoritma molekuler yang dapat diprogram ulang dapat digunakan di masa depan untuk memprogram robot DNA yang telah berhasil mengirimkan obat ke sel kanker.
Di komputer elektronik seperti yang Anda gunakan untuk membaca artikel ini, bit adalah unit informasi biner yang memberi tahu komputer apa yang harus dilakukan. Mereka mewakili keadaan fisik diskrit dari peralatan yang mendasarinya, biasanya dengan ada atau tidak adanya arus listrik. Bit-bit ini - atau bahkan sinyal listrik yang mengimplementasikannya - ditransmisikan melalui rangkaian yang terdiri dari gerbang yang melakukan operasi pada satu bit input atau lebih dan menyediakan satu bit sebagai output.
Dengan menggabungkan blok bangunan sederhana ini berulang kali, komputer dapat menjalankan program yang sangat kompleks. Ide di balik komputasi DNA adalah untuk menggantikan ikatan kimia dengan sinyal listrik dan asam nukleat - silikon - dan membuat perangkat lunak biomolekuler. Menurut Eric Winfrey, seorang ilmuwan komputer di Caltech dan rekan penulis karya tersebut, algoritme molekuler menggunakan kemampuan pemrosesan informasi alami yang tertanam dalam DNA, tetapi alih-alih memberikan kendali kepada alam, "proses pertumbuhan dikendalikan oleh komputer."
Video promosi:
Selama 20 tahun terakhir, beberapa eksperimen telah menggunakan algoritme molekuler untuk hal-hal seperti bermain tic-tac-toe atau menyusun berbagai bentuk. Dalam setiap kasus ini, urutan DNA harus dirancang dengan cermat untuk membuat satu algoritme tertentu yang akan menghasilkan struktur DNA. Yang berbeda dalam kasus ini adalah para peneliti telah mengembangkan sistem di mana fragmen DNA dasar yang sama dapat dipesan untuk membuat algoritme yang sama sekali berbeda dan, oleh karena itu, produk akhir yang sama sekali berbeda.
Proses ini dimulai dengan origami DNA, metode melipat potongan panjang DNA menjadi bentuk yang diinginkan. Potongan DNA yang digulung ini berfungsi sebagai "benih" (benih), yang memulai konveyor algoritmik, seperti karamel yang secara bertahap tumbuh pada tali yang dicelupkan ke dalam air gula. Benihnya sebagian besar tetap sama terlepas dari algoritme, dan perubahan dibuat hanya dalam beberapa urutan kecil untuk setiap percobaan baru.
Setelah para ilmuwan menciptakan benih, mereka menambahkannya ke larutan 100 untai DNA lainnya, fragmen DNA. Fragmen ini, masing-masing terdiri dari susunan unik 42 basa nukleat (empat senyawa biologis utama yang menyusun DNA), diambil dari koleksi besar 355 fragmen DNA yang dibuat oleh para ilmuwan. Untuk membuat algoritme yang berbeda, ilmuwan harus memilih kumpulan fragmen awal yang berbeda. Algoritme molekuler yang melibatkan jalan acak memerlukan rangkaian fragmen DNA berbeda yang digunakan algoritme untuk menghitung. Saat potongan-potongan DNA ini bergabung bersama selama perakitan, mereka membentuk sirkuit yang menerapkan algoritma molekuler yang dipilih pada bit masukan yang disediakan oleh benih.
Dengan menggunakan sistem ini, para ilmuwan membuat 21 algoritma berbeda yang dapat melakukan tugas-tugas seperti mengenali kelipatan tiga, memilih pemimpin, menghasilkan pola, dan menghitung sampai 63. Semua algoritma ini diimplementasikan menggunakan kombinasi berbeda dari 355 fragmen DNA yang sama.
Tentu saja, menulis kode dengan menjatuhkan fragmen DNA ke dalam tabung reaksi tidak akan berhasil, tetapi keseluruhan ide ini mewakili model untuk iterasi komputer fleksibel di masa depan berdasarkan DNA. Jika Doty, Winfrey, dan Woods mendapatkan apa yang mereka inginkan, programmer molekuler masa depan bahkan tidak akan memikirkan biomekanik yang mendasari program mereka, sama seperti programmer modern tidak perlu memahami fisika transistor untuk membuat perangkat lunak yang baik.
Potensi penggunaan teknik perakitan skala nano ini sangat mengejutkan, tetapi prediksi ini didasarkan pada pemahaman kita yang relatif terbatas tentang dunia skala nano. Alan Turing tidak dapat memprediksi kemunculan Internet, jadi kami mungkin memiliki beberapa aplikasi informatika molekuler yang tidak dapat dipahami.
Ilya Khel
