Daugelis mūsų kompiuterijos pramonę natūraliai sieja su siliciu, kurio pagrindu pagaminti lustai apdoroja dvejetainio pavidalo informaciją, išreiškiamą mažyčiais elektriniais krūviais. Tačiau mokslininkai jau spėjo įsitikinti, jog egzistuoja įvairios alternatyvos siliciui. Viena iš jų – organinio pagrindo DNR.
Pirmasis DNR skaičiavimo pavyzdys buvo pademonstruotas 1994 metais, kuomet Leonardas Adlmanas (Leonard Adleman) DNR pagalba išsprendė keliaujančio pirklio uždavinį – gerai žinomą matematinę problemą. kurios tikslas yra surasti patį efektyviausią hipotetinio pirklio kelią tarp miestų.
Deoksiribonukleorūgštis, arba DNR, gali saugoti milžinišką informacijos kiekį, koduojamą molekulių, žymimų citozino (C), guanino (G), adenino (A) ir timino (T) pavadinimais, sekomis. Pasaulyje egzistuojanti nesuskaičiuojama daugybė genetinių kodų tik patvirtina, kiek informacijos geba išsaugoti CGAT sekos. Būtent to ir reikia skaičiavimams. DNR molekules galima panaudoti informacijos apdorojimui išnaudojant ryšių tarp DNR porų susiformavimo procesą, vadinamą hibridizacija. Pavienės DNR gijos atitinka įvesties duomenis, o susidariusios hibridizuotosios gijos – išvesties.
Nuo L. Adlmano eksperimento jau nutekėjo nemažai vandens, tad nenuostabu, jog per šį laiką tyrėjai pasiūlė keliolika DNR pagrindo schemų, kurios realizuoja įvairius skaičiavimo metodus, pavyzdžiui, aritmetines formules, loginius elementus arba neurotinklus. Visa tai vadinama molekuliniu programavimu.
Tiesa, šiuo atveju terminas „programavimas“ iš tikrųjų yra tiesiog biochemija. Sukurtos „programos“ tėra tam tikru norimu būdu sąveikaujančių molekulių parinkimo metodai, užtikrinantys, jog netvarkingi molekulių rinkiniai spontaniškai sąveikaudami suformuos reikiamą DNR gijų kompoziciją.
DNR taip pat galima panaudoti judesių kontrolei. Pirmasis DNR pagrindo nanomechaninis įrenginys – DNR gijų suformuotas nanopincentas, gebantis sugnybti – buvo sukonstruotas 2000 metais. Po vienuolikos metų pristatytos nanomolekulinės vaikščiojančios mašinos galėjo įveikti tam tikrus nustatytus maršrutus.
DNR nanorobotai yra pajėgūs pernešti molekulinį krovinį, todėl visai tikėtina juos panaudoti vaistų paskirstymui kūno viduje.
Vienos iš patraukliausių DNR molekulių savybių yra jų dydis, siekiantis vos 2 nanometrus, galimybė programuoti ir milžiniška informacijos talpa, gerokai lenkianti silicio analogus. DNR technologija yra universali, pigi, nereikalaujanti sudėtingos sintezės, be to, DNR pagrindo skaičiavimams reikalingas ženkliai mažesnis energijos kiekis, lyginant su silicio pagrindo procesoriais.
Didžiausias trūkumas, be abejo, yra sparta, mat norint ištraukti šaknį iš keturženklio skaičiaus reikia palaukti kelias valandas, kai įprastinis kompiuteris šią operaciją atlieka per šimtąją sekundės dalį. Kitas trūkumas yra tai, jog DNR grandinės yra vienkartinės, todėl norint atlikti tą patį skaičiavimą jas reikia iš naujo atkurti.
Turbūt didžiausias DNR privalumas elektroninių grandinių atžvilgiu yra galimybė sąveikauti su savo biomechanine aplinka. Skaičiavimas molekulių pagalba yra susijęs su tam tikrų molekulių buvimo arba nebuvimo atpažinimu, todėl natūralus DNR skaičiavimų taikymas tiesiu keliu veda į biojutiklių sferą, kuri savo ruožtu leidžia modeliuoti vaistų perdavimo ir įvairių terapijų procesus gyvuose organizmuose.
DNR programos jau naudojamos medicinos tikslais, pavyzdžiui, tuberkuliozės diagnostikai. Kitos itin perspektyvios taikymo sritys – vėžinių molekulių naikinimas arba limfocitų – baltųjų kraujo kūnelių – paieška taikant standartines TAIP/NE logines operacijas tam tikriems ląstelių žymenims susekti. Vis dėlto dar reikia atlikti daugybę tyrimų prieš sušvirkščiant pirmuosius išmaniuosius vaistus į gyvus organizmus.
Žvelgiant plačiau, DNR skaičiavimų technologija turi didžiulę perspektyvą. Milžiniška informacijos talpa, nedidelės energijos sąnaudos, nesudėtinga gamyba ir galimybė sąveikauti su natūralia aplinka atveria kelią į nanokompiuteriją, greičiausiai tarpusavyje suderinant molekulinius ir elektroninius komponentus. Nuo pat savo sukūrimo ši technologija itin sparčiai progresavo ir leido visai kitaip pažvelgti į diagnostikus įrankius bei išmaniųjų vaistų koncepciją.
Žinoma, dar laukia daug iššūkių, kuriuos reikia įveikti norint, kad išmaniųjų vaistų koncepcija virstų realybe: kalba eina apie DNR nanorobotų patikimumo, atsparumo ir pačių vaistų pernešos efektyvumo niuansus. Tačiau per daugybę metų, skirtų kompiuterių mokslo tyrimams, sukaupta patirtis gali smarkiai pasitarnauti plėtojant DNR skaičiavimų metodiką. Mokslininkai viliasi, jog silicio pramintas kelias padės išvengti duobių organinio pagrindo technologijoms.
Organic ‘computers’ made of DNA could process data inside our bodies