A kaliforniai Scripps Kutatóintézet és az izraeli Technion kutatói olyan „biológiai számítógépet” fejlesztettek ki, amely kizárólag biológiai molekulákból áll és képes a DNS-chipekre kódolt képek leolvasására. Bár a DNS-t már korábban is használták a titkosításban, ez a DNS-számítógépen futó molekuláris képkódoló rendszer első kísérleti megvalósítása. A kutatás részletei az Angewandte Chemie oldalain olvashatók.
Minden számítógéphez, mint gépezet alapvetően négy dologból áll össze: hardver, szoftver, input és output, magyarázza Ehud Keinan, a kutatócsoport vezetője. A mai számítógépek többsége elektronikus, vagyis bemeneti és kimeneti jeleik is elektronikus jelek. A hardver fém és műanyag alkatrészek, vezetékek és tranzisztorok összetett rendszere, a szoftver pedig a gépezetnek adott utasítások sorozata elektronikus jelek formájában.
„Az elektronikus számítógépeken kívül vannak olyanok is, amelyekben mind a négy komponenst biológiai molekulák alkotják” ‒ folytatja Keinan. „Ilyenek például a biológiai rendszerek és tulajdonképpen minden élő organizmus ilyen számítógépnek tekinthető. Mindannyian biomolekuláris komputerek vagyunk.”
Ezen rendszerekben a hardver és a szoftver szerepét komplex molekulák látják el, amelyek utasítják egymást valamilyen pontosan meghatározott kémiai feladat elvégzésére. Az input az a molekula, amely specifikus változásokon megy át egy meghatározott szabályrendszer (szoftver) elveit követve, az output pedig az adott kémiai folyamatok eredményeként létrejövő molekula lesz.
Arra a kérdésre, hogyan néz ki egy ilyen biokomputer, Keinan nevetve válaszol: „Nem éppen fotogén.” A „gépezet” egy oldatot tartalmazó kémcsőben „épül”: különféle kisméretű DNS-molekulákat kevernek össze meghatározott DNS-enzimekkel és ATP-vel, mely utóbbi a rendszer működéséhez szükséges energiát szolgáltatja.
Az oldat átlátszó, így kívülről nem látszik semmi, mondja Keinan. „A molekulák interakciókba kezdenek egymással, mi meg csak várunk és nézzük, hogy mi történik.” És persze közben a DNS-molekulák és az enzimek típusának és mennyiségének variálásával igyekeznek a kívánt eredmény irányába terelgetni a folyamatokat. A végeredmény: a gépezet képes egy DNS-kódolt képet fluoreszcens képi formátummá dekódolni.
A kutatók által alkalmazott biokomputer-tervet 75 évvel ezelőtt Alan Turing angol matematikus, kódfejtő, számítástechnikus alkotta meg. Turing nagyon nagy hatással volt a számítástechnika fejlődésére, formalizálta az algoritmus és komputáció fogalmát, és jelentős szerepe volt a modern számítógépek megalkotásában. Turing gépének bemenetét egy szimbólumok és betűk sorát tartalmazó szalag alkotta, amely nagyon hasonlít a DNS-lánc kódsorára. Az olvasófej betűről betűre halad, és minden megállónál négy dolgot tesz: leolvassa a betűt, kicseréli egy másikra, megváltoztatja belső állapotát, majd a következő pozícióba ugrik. Keinanék rendszere tehát ennek a modellnek az egyszerűsített változatán alapul.
Ahogy a kutató elmondja, a bioszámítógépek kutatásának sosem az volt a célja, hogy ezek a rendszerek egyszer majd átvegyék a hagyományos gépek helyét. Soha nem is tudnának ezekkel gyorsaságban, megbízhatóságban és teljesítményben versenyre kelni, arról nem is beszélve, hogy ezek a gépezetek egyetlen, speciális feladat elvégzésére alkalmasak. A biológiai rendszerek ilyetén használata más előnyökkel szolgálhat. Ahogy a jelenlegi kutatás is bizonyította, a DNS-molekulák rengeteg információ tárolására és titkosítására alkalmasak. És bár az egyes lépések lassúnak számítanak a hagyományos gépek sebességéhez képest, az a tény, hogy kémiai reakciók trilliói zajlanak párhuzamosan, jelentős gyorsaságot eredményez. Ehhez tartozik még az is, hogy a jelenlegi technológiával pixelek millióit vagyunk képesek egyetlen chipre nyomtatni, ez pedig rendkívüli mennyiségű kép kódolását teszi lehetővé egy chipen a DNS-kódolást alkalmazva, amelyet az új fejlesztés segítségével egy tisztán biológiai rendszer dekódolni is képes, folytatja Keinan. Végezetül további fontos érv a bioszámítógépek kutatásának folytatása mellett, hogy ezek a rendszerek képesek közvetlen interakciókra más biológiai rendszerekkel, köztük akár élő organizmusokkal is.
