Nytt israelsk framskritt innen bio-datamaskiner

Ehud Shapiro ved Weizmann-instituttet i Israel har vesentlig forbedret sin biologiske datamaskin der beregninger foregår i et prøverør.

I november 2001 kunngjorde professor Ehud Shapiro ved det israelske Weizmann Institute of Science at han hadde fått til en biologisk datamaskin der DNA-molekyler manipuleres av enzymer til å svare "ja" eller "nei" på et svært begrenset antall mulige spørsmål.

Mandag publiserte Shapiro med kolleger artikkelen DNA molecule provides a computing machine with both data and fuel i det amerikanske tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences, der det gjøres rede for et viktig framskritt i forhold til den opprinnelige konstruksjonen (i den grad ordet konstruksjon kan brukes om et reagensrør fylt med en glassklar væske).

I den første utgaven av Shapiros biodatamaskin, fungerte DNA som både programvare og data, mens et enzym spilte rollen som maskinvare. For å gjennomføre databehandlingen, måtte maskinen tilføres energi i form av en molekyl kjent som ATP.

I den andre utgaven er det ikke lenger nødvendig med ATP. Energien til databehandlingen skaffes gjennom å manipulere den samme DNA-en som står for både data og programvare. Det innebærer at den biologiske datamaskinen i praksis fungerer uten tilførsel av energi. Forskerne utnytter i stedet en hittil ukjent egenskap ved et enzym kalt FokI. I kjemisk forstand er dette en stor effektivisering, siden den forrige konstruksjonen krevde to ATP-molekyler per programvaremolekyl. Det fører blant annet til høyere ytelse, målt i antall operasjoner per sekund per mikroliter væske.

– Eksperimentene våre viser 3 x 10^12 automata per µl som utfører 6,6 x 10^10 [binære] overganger per sekund per µl med en korrekthet på 99,9 prosent. Varmeutviklingen er omtrent 5 x 10^(–9) W/µl, heter det i rapporten.

Det innebærer at fem milliliter væske gjennomfører 330.000 milliarder totallsoperasjoner per sekund. Greier man å gjøre noe nyttig med denne regnekraften – som i dag bare kan brukes til trivielle ting – kunne man altså regne med at datakraften i en teskje væske svarer til rundt tre teraflops. I dag er bare tolv av verdens superdatamaskiner kraftigere enn dette.

Varmeutviklingen i en biologisk datamaskin på fem milliliter væske er alt annet enn avskrekkende, rundt 25 mikrowatt.

Det er denne kombinasjonen av enorm datakraft, minimale fysiske dimensjoner og praktisk talt null energiforbruk som gjør biologisk datakraft så tiltrekkende. Vel er grensesnittet et problem – det er lettere å lese en skjerm enn å telle molekyler – men så ser heller ikke forskerne for seg at reagensrør skal erstatte PC-er. I stedet fantaserer man for eksempel om moleklyklumper som man kan svelge og som bedrer eller reparerer kroppens selvregulerende systemer – såkalt ”autonom biomolekylær databehandling” – i tillegg til faste anlegg som kan ta seg av beregninger langt utover det man er i stand til i dag.

Blant dem som har latt seg imponere av Shapiro-maskinen: Guinness World Records har sertifisert den som ”verdens minste biologiske innretning for databehandling”.

Til toppen