DNA υπολογιστές

Η ιστορία εγγραφής πληροφορίας στο DNA ξεκίνησε ως ανέκδοτο σε κάποιο επιστημονικό συνέδριο πριν από 20 περίπου χρόνια. Οι επιστήμονες γνώριζαν ότι η μοριακή γενετική παρέχει μια εμπνευσμένη απόδειξη της αρχής ότι τα χημικά μόρια, π.χ. το DNA, μπορούν να αποθηκεύουν και να επεξεργάζονται πληροφορίες σε κατευθυνόμενες μοριακές δραστηριότητες, όπως η κατασκευή σύνθετων δομών.

Του Κωνσταντίνου Τριανταφυλλίδη*

Οπότε, σκέφτηκαν και εργάστηκαν σε συνεργασία με τη Microsoft και άλλες εταιρείες με αντικείμενο την αντικατάσταση του λογισμικού των ηλεκτρονικών υπολογιστών με το αλφάβητο του DNA. Δηλαδή, να εγγράφονται οι πληροφορίες  σε μόρια DNA αντί τα δυαδικά ψηφία (bits) των πληροφοριών των συμβατικών υπολογιστών. Αλλά το DNA έχει δύο σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τους σημερινούς σκληρούς δίσκους των υπολογιστών:

1. το μέγεθος και
2. την αντοχή.

Έτσι, οι πληροφορίες αυτές θα εγγράφονται σε μικρή ποσότητα DNA και θα διατηρούνται  για χιλιάδες χρόνια, αντί για 50 χρόνια που διαρκούν οι σκληροί δίσκοι σήμερα.

Ήδη η πρόοδος σε αυτόν τον τομέα είναι εντυπωσιακή και έχει καταγραφεί ο Κώδικας του Αρχιμήδη, το Ελβετικό Ομοσπονδιακό Σύνταγμα, κ.α. Επίσης,  επιστήμονες από το πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ κατάφεραν να γράψουν και στη συνέχεια να προβάλουν μία  ταινία μικρού μήκους, χρησιμοποιώντας για «σκληρό δίσκο» το DNA ενός βακτήριου. Για να εισαγάγουν τις πληροφορίες  στο DNA του βακτηρίου, οι ερευνητές μετέφεραν τα δεδομένα των εικόνων, μετατρέποντας σε «βιολογικά bit» τα νουκλεοτίδια του DNA.

Ερευνητές του Ινστιτούτου Τεχνολογίας  της  Καλιφόρνιας, με επικεφαλής τον καθηγητή της επιστήμης των υπολογιστών Ερικ Γουίνφρι δημοσίευσαν (21/3/2019) μελέτη στο περιοδικό Nature στην οποία περιγράφουν ότι δημιούργησαν υπολογιστή από DNA που μπορεί να πραγματοποιήσει μαθηματικές πράξεις, όπως για παράδειγμα να υπολογίζει τετραγωνικές ρίζες.

Ο νέος μοριακός υπολογιστής δουλεύει με μονόκλωνες αλυσίδες DNA, που μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν για  να δημιουργηθεί μεγάλη ποικιλία αλγορίθμων των 6 bit (δυαδικών ψηφίων). Το σύστημα είναι ανάλογο με έναν ηλεκτρονικό υπολογιστή, αλλά αντί να χρησιμοποιεί τρανζίστορ και διόδους, χρησιμοποιεί μόρια DNA για να έναν εξαδικό δυαδικό αριθμό (π.χ. 011001).

Αν και οι υπολογιστές DNA έχουν τη δυνατότητα να εκτελούν πολύπλοκες υπολογιστικές πράξεις, προς το παρόν η διαδικασία είναι χρονοβόρα και δεν  πρέπει να αναμένεται να αρχίσουν να αντικαθιστούν τους συμβατικούς υπολογιστές μικροεπεξεργαστών πυριτίου. Οπότε, οι ερευνητές διευκρινίζουν ότι ο βασικός στόχος τους δεν είναι να ανταγωνιστούν, προς το παρόν, τους ηλεκτρονικούς υπολογιστές, αλλά να μας διδάξουν  για το πώς οι απλές μοριακές διεργασίες -όπως η αυτοσυναρμολόγηση DNA- μπορούν να κωδικοποιήσουν πληροφορίες και να πραγματοποιήσουν αλγορίθμους σε μοριακό επίπεδο που θα βρουν εφαρμογές ακόμη και στον ανθρώπινο οργανισμό.

*Ομότιμος Καθηγητής Γενετικής και Γενετικής του Ανθρώπου, Τμήμα Βιολογίας, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης