นักวิจัยได้ออกแบบชุดไทล์ของโมเลกุล DNA ที่สามารถดำเนินการคำนวณที่สามารถตั้งโปรแกรมซ้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อรันอัลกอริธึม 6 บิตและทำงานง่ายๆ ที่หลากหลาย ระบบซึ่งทำงานด้วยการประกอบตัวเองของสาย DNA ที่ออกแบบมาให้เข้ากันได้ในรูปแบบต่างๆ ในขณะที่ดำเนินการอัลกอริทึม เป็นก้าวสำคัญในการสร้างอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ที่ใช้ DNA แบบสากล
ระบบใหม่นี้ใช้ประโยชน์จากความสามารถของ DNA
ในการตั้งโปรแกรมผ่านการจัดเรียงของโมเลกุล DNA แต่ละสายประกอบด้วยกระดูกสันหลังและโมเลกุลสี่ประเภทที่เรียกว่าฐานนิวคลีโอไทด์ ได้แก่ อะดีนีน ไทมีน ไซโตซีน และกัวนีน (A, T, C และ G) ซึ่งสามารถจัดเรียงในลำดับใดก็ได้ ลำดับนี้แสดงข้อมูลที่เซลล์ทางชีววิทยาสามารถใช้ได้หรือเช่นในกรณีนี้โดยโมเลกุลดีเอ็นเอที่ประดิษฐ์ขึ้นเอง A, T, C และ G มีแนวโน้มตามธรรมชาติที่จะจับคู่กับคู่ของพวกเขา: คู่เบสกับ T และ C จับคู่กับ G และลำดับของเบสจับคู่กับลำดับเสริม: ATTAGCA จับคู่กับ TGCTAAT ( ในทิศทางย้อนกลับ) ตัวอย่างเช่น
กระเบื้องดีเอ็นเอ โครงสร้างที่สำคัญในนาโนเทคโนโลยีดีเอ็นเอสำหรับการประกอบตัวเองที่ตั้งโปรแกรมได้คือ DNA ไทล์ ซึ่งผูกผ่านโดเมนเสริมของ Watson-Crick ข้างต้นกับเพื่อนบ้านหลายรายที่จัดวางบนตาข่าย 1, 2 หรือ 3D จำเป็นต้องมี DNA ไทล์เพียงไม่กี่ประเภท (แต่ละอันมีลวดลายเหมือนกันแต่ใช้ลำดับต่างกัน) เพื่อตั้งโปรแกรมการประกอบตัวเองของโครงสร้างผลึกขนาดใหญ่ที่มีขนาดไมครอน ซึ่งแต่ละแผ่นจะปรากฏขึ้นเป็นระยะ
ในงานนี้ ชุดกระเบื้อง DNA เป็นคอลเลกชั่นของสาย DNA สั้น (42 นิวคลีโอไทด์) ที่ออกแบบมาให้พอดีกันในเนื้อผ้าเหมือนตัวต่อ Erik Winfree จาก California Institute of Technology (Caltech) อธิบายว่า “ต่างจากตัวต่อจิ๊กซอว์ที่แต่ละชิ้นจะพอดีกันในที่เดียว กระเบื้องอัลกอริธึมของเราสามารถประกอบเข้าด้วยกันได้หลายวิธีขึ้นอยู่กับ ‘อินพุต’” Erik WinfreeจากCalifornia Institute of Technology (Caltech)อธิบาย – เป็นผู้นำการศึกษาวิจัยครั้งนี้
ข้อมูลที่ป้อนนี้เป็นโครงสร้างดีเอ็นเอ
ที่ประกอบขึ้นเองอีกแบบหนึ่งซึ่งเรียกว่า ‘DNA origami’ ซึ่งสามารถออกแบบให้นำสายดีเอ็นเอซึ่งเป็นตัวแทนของเลขฐานสองหกบิตที่เลือกได้”วงจรบูลีนหกบิตโดยพลการโครงสร้างอินพุตอันที่จริงแล้วทำหน้าที่เป็นเมล็ดพันธุ์สำหรับการตกผลึกของกระเบื้องดีเอ็นเอ ก่อตัวเป็นท่อนาโนดีเอ็นเอที่ดำเนินการคำนวณโดยพิจารณาจากวิธีที่แผ่นเรียงต่อกันเข้าด้วยกัน เขากล่าวเสริม กล่าวโดยคร่าว ๆ การเติบโตของชั้นใหม่แต่ละชั้นบนท่อนาโนแสดงถึงวงจรบูลีนแบบหกบิตซ้ำอีกครั้งหนึ่ง เราสามารถตั้งโปรแกรมวงจรได้โดยเลือกว่าเส้นใดจากชุดต้นแบบที่นำมาผสมกันในการทดลองที่กำหนด
นักวิจัยกล่าวว่าพวกเขาสามารถตั้งโปรแกรมชุดต้นแบบของกระเบื้อง DNA 355 ชิ้น (โดยการเลือกชุดย่อยที่ถูกต้อง 100 เส้น) เพื่อคำนวณวงจรหกบิตโดยพลการ Winfree กล่าวว่า ” มีวงจรดังกล่าว 2 44 (17 ล้านล้าน) ที่เป็นไปได้และถึงแม้จะไม่ใช่ทั้งหมดที่น่าสนใจ แต่เราได้ติดตั้งวงจร 21 วงจรที่แสดงพฤติกรรมที่หลากหลายอย่างน่าประหลาดใจ”
“สิ่งที่ฉันชอบคือวงจรเล็กๆ ที่ดูเหมือนนาฬิกา มันเริ่มต้นด้วย 000010 ไปที่ 011001 และจากนั้นไปที่ 001010 ถัดไป และในลำดับที่แปลก มันจะไปที่รูปแบบบิตอื่นๆ อีก 60 รูปแบบก่อนที่จะกลับไปที่ 000010 และทำซ้ำตามลำดับ”
การทดลองนี้จำกัดอินพุตแบบ 6 บิต
เนื่องจากข้อจำกัดทางวิศวกรรมทางเทคนิคบางประการ ที่เกี่ยวข้องกับเรขาคณิตของท่อนาโนดีเอ็นเอ ผู้เขียนร่วมในการศึกษาวิจัยDavid Dotyจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เดวิสอธิบาย “ด้วยการออกแบบไทล์ DNA ที่ถูกต้อง มีเหตุผลทุกประการที่จะคิดว่าเราสามารถทำให้ระบบประมวลผลบิตมากขึ้นอย่างน่าเชื่อถือ หรือมากกว่านั้น โดยการขยายเทคนิคการแก้ไขข้อผิดพลาดของเราในแบบที่เรารู้อยู่แล้ว”
วงจรสุ่มเช่นเดียวกับนาฬิกา วงจรอื่นๆ ที่ทีมดำเนินการ ได้แก่ วงจรที่กำหนดว่าเลขฐานสองหกบิตเป็นผลคูณของสามหรือไม่ หนึ่งที่กำหนดว่าเป็นพาลินโดรม (นั่นคืออ่านไปข้างหน้าและข้างหลังเหมือนกัน); หนึ่งที่ทดสอบว่าตัวเลขของ 1s เป็นคู่หรือคี่ อันที่ทดสอบความเท่าเทียมกันด้วย 21 (นั่นคือ 010101 ในไบนารี); และวงจรที่เรียง 1 ทั้งหมดไปทางซ้ายและ 0 ไปทางขวา
วงจรสุ่มนักวิจัยยังได้ทำวงจรสุ่มบางส่วน สิ่งเหล่านี้เกิดขึ้นเมื่อโมเลกุลถูกรวมไว้สำหรับฟังก์ชันมากกว่าหนึ่งฟังก์ชันที่สามารถคำนวณได้ในตำแหน่งเฉพาะ Winfree อธิบาย “ตัวอย่างเช่น เราพิจารณาโมเลกุลที่จับกับอินพุต (0,1) ที่ตำแหน่งบิต 3 และ 4 เอาต์พุต (1,1) หากเรารวมโมเลกุลที่จับ (0,1) ไว้ที่ตำแหน่งบิต 3 และ 4 ด้วย แต่แสดงผลลัพธ์ที่เข้ารหัส (0,0) การคำนวณที่เกิดขึ้นจะขึ้นอยู่กับว่าโมเลกุลใดมาถึงก่อน (ซึ่งก็คือ กระบวนการสุ่ม)
“จากนั้นเราสามารถออกแบบวงจรดังกล่าวที่ขยายรูปแบบสุ่มได้ เช่นบิตเดียวที่สุ่มเดินขึ้นและลงอาร์เรย์ของบิต”วงจรดังกล่าวมีความสำคัญในวิทยาการคอมพิวเตอร์เชิงทฤษฎี เขากล่าว“การเขียนโปรแกรมที่ม้านั่ง”วงจร DNA ทั้งหมดถูกสร้างขึ้นโดยตรงในหลอดทดลอง ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วประกอบด้วยอัลกอริธึมที่เสร็จสมบูรณ์แล้วนับพันล้านครั้ง ซึ่งแต่ละวงจรคล้ายกับผ้าพันคอที่ถักทอด้วยกระเบื้องดีเอ็นเอ ลวดลายบนผ้าพันคอช่วยแก้ปัญหาอัลกอริธึมที่เรียกใช้
“ในงานวิจัยก่อนหน้านี้ นักวิจัยอาจออกแบบระบบใหม่ แล้วรอเป็นเวลาหลายวันหรือหลายสัปดาห์กว่าที่ DNA จะถูกสร้างขึ้นโดยบริษัทสังเคราะห์ DNA และส่งไปยังห้องแล็บของพวกเขา” Damien Woodsหัวหน้าทีมวิจัยกล่าว ณ ตอนนี้ที่มหาวิทยาลัย Maynoothในไอร์แลนด์. วูดส์ทำการศึกษานี้ในขณะที่อยู่ที่คาลเทคและที่INRIAในฝรั่งเศส “เราต้องการเขียนโปรแกรมแล้วเรียกใช้ทันที ในการทำเช่นนี้ เราได้ออกแบบชุดดีเอ็นเอจำนวน 355 เส้นที่สามารถใช้โปรแกรมใดก็ได้ในแบบจำลองวงจร 6 บิตของเรา จากนั้นจึงเก็บสูตรเหล่านี้ไว้ในตู้เย็น”
Credit : เกมส์ออนไลน์แนะนำ >>>slottosod.com
