Prøverørets milliarder av molekyler svarer "ja" og "nei"

Binærlogikk var elektronikkens første skritt mot IT. Israelske forskere har oppdaget hvordan DNA-molekyler kan manipuleres av enzymer til å gi tilsvarende "ja" og "nei" svar.

Forskere ved det israelske Weizmann Institute of Science, under ledelse av professor Ehud Shapiro, her fotografert med sin assistent Yaakov Benenson, har gjort et gjennombrudd innen biologisk informasjonsteknologi.

Prøverøret i professorens hånd inneholder tusen milliarder programmerbare molekyler.

Shapiro gjør rede for sitt prosjekt i siste nummer av Nature. Det har ført til mye oppmerksomhet i andre medier. Hjemmesiden hans presenterer både detaljerte gjennomganger, spørsmål og svar, samt animasjoner og annen grafikk som forklarer hva det hele går ut på.

Det har med nanoteknologi å gjøre, det vil si å framstille informasjonsteknologi som tar så lite plass som overhodet mulig. Organisk materiale som DNA kan beskrives som IT-systemer på molekylær nivå som koder, manipulerer og overfører informasjon. Følgelig er det interessant å undersøke mulighetene for å påtvinge denne virksomheten en ytre manipulering.

De israelske forskerne har demonstrert en metode som realiserer dette. Data består av informasjon på DNA-molekyler, der sekvensen CTGGCT er vilkårlig valgt til å representere det binære symbolet "1", mens sekvensen CGCACG er "0". Denne dataen manipuleres av kombinasjoner av åtte andre typer DNA. Disse kombinasjonene utgjør programvaren. Forskerne mener metoden kan nyttes til å framstille 756 ulike programmer. Disse er svært enkle, av typen "inneholder DNA-tråden et likt antall enere?", "finnes det minst én ener i sekvensen?" eller "starter denne sekvensen med 1 og slutter den med 0?". I seg selv er disse spørsmålene helt uinteressante. Poenget er at de kan stilles, og at svarene som gis, er korrekte.

Kjøringen skjer ved at man blander sammen data- og programmolekylene i en prøverørsoppløsning og tilsetter to spesifikke enzymer. Enzymene spiller rollen som maskinvare. De gjør jobben, men har ellers ingenting med verken data eller program å gjøre. Når kjøringen er over, leter forskerne etter nye molekyler, der svarene er lagret. Disse har to tilstander, "ja" eller "nei".

I forsøket viser det seg at det tar gjennomsnittlig 1.000 sekunder å frambringe et svar fra et gitt molekyl. Siden alle molekylene "arbeider" parallelt, og det er tusen milliarder av dem i prøverøret, blir den gjennomsnittlige regnekapasiteten for prøverøret en milliard operasjoner per sekund.

Forskerne tror at det vil la seg gjøre å øke farten på beregningene, og finne fram til metoder for å stille spørsmål som gir praktisk mening. En visjon de har, er å lage biomolekylære "datamaskiner" som overvåker kroppen innenfra. Disse skal kunne finne ut hvordan unormale biokjemiske endringer skal korrigeres, og få kroppen - eller andre "datamaskiner" i kroppen - til å produsere de nødvendige medikamentene.

Målet er altså ikke å framstille biologisk-drevne PC-er, men å finne ut om hvordan organisk materiale kan (om)programmeres av mennesker.

Til toppen