bedrijfsnieuws over Moleculaire computer van Ierse onderzoekers maakt gebruik van DNA-origami

Drie onderzoekers van het Hamilton Institute in Ierland hebben een moleculaire computer ontwikkeld, die gebruikmaakt van interagerende DNA-strengen in water, en in staat is tot vermenigvuldiging, deling en optelling.

Het team, bestaande uit professor Damien Woods, universitair docent dr. Abeer Eshra en dr. Tristan Stérin, heeft hun bevindingen gepubliceerd in een artikel in een Nature-tijdschrift. Ze stellen dat dit onderzoek nieuwe wegen opent voor langdurige gegevensopslag, energiezuinig computergebruik en uiteindelijk moleculaire systemen die binnen cellen opereren voor toepassingen zoals ziekte detectie.

                                                                          Maynooth DNA-onderzoekers

Het concept lijkt verrassend eenvoudig in overzicht, maar zeer ingewikkeld in implementatie. Onderzoekers plaatsten een druppel zout water in een reageerbuis samen met korte DNA-fragmenten en een langer DNA-skelet. Verwarmen en vervolgens afkoelen van het mengsel zorgt ervoor dat het DNA berekeningen uitvoert. Woods merkte op: “De moleculen interageren, vormen een structuur en die structuur is het antwoord. Een belangrijke innovatie is dat het systeem dat antwoord van nature vindt zonder continue energie-input.”

De Scaffolded DNA Computer (SDC), zoals hij gedoopt is, gebruikt lange skelet-DNA-strengen als ruggengraat. Honderden kortere strengen hechten zich aan vooraf ontworpen bindingsplaatsen om bits te coderen. Deze bindingen kunnen worden gewijzigd om gegevens te bewerken als invoer voor moleculaire programma's. DNA-interacties gedragen zich voorspelbaar, vergelijkbaar met Lego-stenen of DNA-origami, en dezelfde natte hardware kan verschillende moleculaire programma's uitvoeren.

Afkoeling drijft het systeem naar een thermodynamisch stabiele evenwichtstoestand die de uitkomsten van het algoritme codeert. Berekeningen vinden automatisch plaats naarmate het systeem evenwicht bereikt. Onderzoekers merken op dat dit aparte foutcorrectiesystemen overbodig maakt, aangezien het systeem van nature naar de beoogde uitvoerstand zakt.

Het team voerde tien programma's uit, waaronder:
---Vermenigvuldiging met 3,
---Deling door 2,
---8-bit pariteitsdetectie,
---Optelling van 25-bit getallen — een berekening van 100 bits.

Volgens siliciumnormen blijft de berekening langzaam, hoewel het nieuwe snelheidsrecords vestigt binnen DNA-computing. Eén experiment waarbij getallen tussen ongeveer 11 miljoen en 34 miljoen werden opgeteld, duurde tot 14 uur om resultaten te leveren, terwijl het berekenen van 10 plus 3 in 30 seconden klaar was. Onderzoekers melden dat de SDC niet-triviale berekeningen kan voltooien in slechts 30 seconden tot een minuut, wat overeenkomt met de snelheidslimieten van hun laboratoriumapparatuur en de snelste dergelijke programma's vertegenwoordigt die gedocumenteerd zijn in de literatuur over DNA-computing.

Dr. Eshra zei: “De reactie gebeurt snel in de reageerbuis, maar niet zo snel als silicium, en dat is ook niet de bedoeling. Maar vergeleken met andere DNA-computers is de onze de snelste.”

Het apparaat wordt ook beschreven als robuust en herbruikbaar, en voltooit tot 25 opeenvolgende verschillende berekeningen.

De complexiteit van dit werk is te zien in de diagrammen in hun Nature-artikel;

Het bekijken van het volledige diagram helpt de reikwijdte ervan te illustreren.

De onderzoekers schrijven in hun Nature-artikel: “Thermodynamische computerprincipes kunnen robuuste DNA-gegevensopslag mogelijk maken.” Hoewel theoretisch haalbaar, maken trage data-toegang en systeemcomplexiteit wijdverbreide DNA-opslag onpraktisch. Beweringen dat siliciumcomputing, zelfs met constante stroomtoevoer, wordt bedreigd door dit publiek gefinancierde onderzoek, zijn duidelijk overdreven. Toch kan moleculaire DNA-computing waardevol blijken voor het herprogrammeren van menselijke cellen, een veelbelovend vooruitzicht.

Professor Woods merkte op: “Dit is blue skies science. We weten niet waar de toekomst ons zal brengen.”

Tristan Stérin deelde een gedetailleerd verslag van het onderzoek en de oorsprong ervan.

Voetnoten
Dit DNA-computeronderzoek ontvangt EU-financiering onder het DISCO-project, DNA-based Infrastructure for Storage and Computation. Het initiatief onderzoekt DNA-technologieën voor nieuwe computer- en gegevensopslagmethoden. Gefinancierd via de European Innovation Council Pathfinder Challenge op het gebied van DNA-gebaseerde digitale gegevensopslag, heeft het project ongeveer € 4 miljoen ($ 4,6 miljoen). Gecoördineerd door professor Woods en de TAPDANCE-groep aan de Maynooth University, omvatten de partners Tilibit uit München, gespecialiseerd in DNA-origami, en het in Parijs gevestigde PRGM.dev / Major Groove.

TAPDANCE is de Theory And Practice of DNA Computing Engines onderzoeksgroep binnen het Hamilton Institute en de afdeling Computerwetenschappen van de Maynooth University, geleid door professor Woods.

Maynooth University is een onderdeel van de National University of Ireland, gevestigd in Maynooth, County Kildare, Ierland, ongeveer 25 kilometer ten westen van Dublin.

Beijing Qianxing Jietong Technology Co., Ltd.
Sandy Yang/Global Strategy Director
WhatsApp / WeChat: +86 13426366826
E-mail: yangyd@qianxingdata.com
Website: www.qianxingdata.com/www.storagesserver.com
Zakelijke focus:
ICT Productdistributie/Systeemintegratie & Diensten/Infrastructuuroplossingen
Met meer dan 20 jaar ervaring in IT-distributie werken we samen met toonaangevende wereldwijde merken om betrouwbare producten en professionele diensten te leveren.
“Technologie gebruiken om een intelligente wereld te bouwen” Uw vertrouwde ICT-productdienstverlener!