史上最大の DNA ベースのコンピューターは平方根を計算できる

DNA ベースの論理ゲートで作られた試験管回路は、DNA の複製と配列の結合を利用して計算を行い、最大 15 までの数の平方根を計算できます。この処理はとてつもなく遅く、計算には最大 10 時間かかるため、有機ラップトップが近い将来に登場するわけではありません。しかし、本当のブレークスルーは、このシステムによって化学システムの制御が可能になる点にあります。

本日発表された新しい論文によると、カリフォルニア工科大学の研究者らは、これまでで最も複雑な生化学回路をゼロから設計した。この回路は、電子トランジスタの代わりに DNA を使用して、コンピューターが計算を実行できるようにするオン/オフや、または信号を生成する。

一般的なコンピューターでは、トランジスターが電子の流れを流します。DNA コンピューターは、塩水の入った試験管に入れられた短い一本鎖 DNA または部分的に二本鎖の DNA の断片を使用します。カリフォルニア工科大学のニュースリリースの説明によると、DNA の鎖は DNA の二重らせんから触手のように突き出ています。DNA 分子は水中で衝突して結合し、子孫分子を生成して放出します。これらは、従来のチップの電子のように信号として機能し、DNA「ゲート」間を移動して回路を接続します。

Ars Technica の説明によると、ゲートのペアは、観測された出力分子に基づいて and-or ロジックを作成できます。(これがどのように機能するかについてのより詳しい説明については、Ars Technica の投稿をご覧ください。)

ポスドク研究員のルル・チアン氏が率いる研究者たちは、望むどんなDNA配列でもエンコードすることができるため、DNA鎖がどのように相互作用するかを完全に制御できる。

彼らの最大のコンピューターは、74 個の分子と 4 ビットの回路で構成され、15 までの任意の数の平方根を計算し、答えを最も近い整数に切り捨てることができました。答えを得るために、研究者は蛍光タグを使用して試験管内の出力分子の濃度を監視しました。

このプロセスには長い時間がかかりますが、スピードは重要ではありません。この方法を使用すれば、科学者は最終的に、意思決定が可能な生化学経路を設計できるようになります。化学反応に対するこのような制御は、医薬品から工業プロセスまで、あらゆる用途に利用できます。皮膚に埋め込まれた DNA ベースのコンピューター チップが、適切なタイミングで薬剤を放出したり、血液サンプル内の特定の分子の濃度を調べて病気を迅速に診断できる DNA コンピューターを想像してみてください。

研究者らによると、この回路はより大きなDNAコンピューターにまで拡張できる。また、使用するDNAの種類を調整したり、回路を再構成したりすることでカスタマイズすることも可能だという。

「より高度なタスクを実行し、分子デバイスを環境に作用させる、より優れた生化学回路を開発したい」と銭氏はニュースリリースで述べた。このコンピューターは、本日発行のサイエンス誌に掲載された論文で説明されている。

[ユーレカレルト、コンピュータワールド]