DNA-«maskin» regner kvadratrøtter

Nok et lite skritt på veien til biologiske datamaskiner for helt spesielle formål.

Professor Erik Winfree ved California Institute of Technology («Caltech») har ledet arbeidet med å utvikle verdens hittil største biokjemiske krets basert på små, syntetiske DNA-molekyler, går det fram av en pressemelding. Arbeidet er nærmere beskrevet i en artikkel i tidsskriftet Science: Scaling Up Digital Circuit Computation with DNA Strand Displacement Cascades.

På sitt nettsted forklarer Winfree at de ville anvende det nyeste innen DNA-teknologi på en klassisk utfordring, beregning av kvadratrøtter. «Maskinen» de konstruerte besto av 75 syntetiske DNA-molekyler i et prøverør. Den ble satt til å beregne røtter av heltall – avrundet nedover til nærmeste heltall – og leverte korrekte svar også på det mest avanserte regnestykke, å finne kvadratroten av 15.

Syntetisk DNA ble valgt fordi man da har større kontroll, og kan arbeide med komponenter som er både enkle og standardiserte. Winfree og stipendiat Lulu Qian opplever at kvadratrotregneren bekrefter at syntetisk DNA er et godt utgangspunkt for å konstruere større og mer kompliserte biologiske kretser.

Koplingsskjema til DNA-maskin for å beregne kvadratrøtter av heltall.
Koplingsskjema til DNA-maskin for å beregne kvadratrøtter av heltall. Bilde: Caltech/Lulu Qian

Det kan virke merkelig å snakke om kretser når det man står overfor er et prøverør der DNA-molekyler svømmer i saltvann. Det forklares i pressemeldingen at noen DNA-molekyler brukes til å sette sammen logiske porter, mens andre brukes som ledninger for å formidle signaler – i form av enklere molekyler – mellom de logiske portene. Den første kretsen av denne typen, laget av Winfree og hans kolleger i 2006, omfattet bare 12 ulike DNA-molekyler.

Kvadratrotregneren i et prøverør beviser selve konseptet, at det er mulig å konstruere forholdsvis kompliserte kretser ved hjelp av syntetisk DNA, og få praktiske resultater. At biologiske datamaskiner en gang vil erstatte elektroniske, er derimot langt fra bevist. Det tar nemlig om lag 10 timer å regne ut kvadratroten av 15.

Forskerne understreker, naturlig nok, at ambisjonen i første omgang ikke er å utkonkurrere elektroniske kretser, men å oppnå større innsikt i biologiske prosesser for utveksling og behandling av informasjon.

Med denne innsikten håper man å arbeide mot anvendelser der for eksempel en syntetisk biokjemisk krets kan dynkes i en blodprøve, analysere prøven med tanke på forekomster og nivåer av forskjellige molekyler, og levere denne informasjonen videre.

Til toppen