Al dertig jaar dromen sommige onderzoekers van een DNA-computer, waarbij gebruik gemaakt wordt van de fabelachtige (reken- en opslag-mogelijkheden die het DNA-molecuul zou bieden, maar al te veel vooruitgang lijkt er niet geboekt te zijn. Nu denken onderzoekers van de nationale universiteit van Incheon in Zuid-Korea een manier gevonden te hebben om DNA-berekeningen te automatiseren met de ontwikkeling van een DNA-processor die kan worden aangestuurd door een ordinair persoonlijk rekentuig.Een DNA-molecuul is, zoals we op school geleerd hebben, een ontzaggelijk lang molecuul dat in feite bestaat uit twee (gepaarde) strengen. De ene streng zou je de spiegelafdruk van de andere kunnen noemen, waarbij de verbindingselementen, de basen, paren vormen met altijd base C tegenover G en A tegenover T. Met die paringseigenschappen zouden complexe berekeningen te maken moeten zijn, is dan de gedachte. Bovendien is DNA prima materiaal om te dienen als geheugen. Kortom: wie houdt de DNA-computer tegen (onze hersens doen dat soort werk toch ook?)?
Leuk bedacht, maar de ontwikkeling van die geweldige DNA-computer wil maar niet echt lukken. Zelfs voor een simpele berekening moet je verschillende chemische reacties gebruiken met verschillende DNA-constructies. Die reacties moeten dan ook nog met de hand worden uitgevoerd, het aloude bak-en-braadwerk van de scheikundige, en elke reactie in schoon, nieuw glaswerk. Microvloeistofsystemen met kanaaltjes geëtst in kunststof of glas bieden de mogelijkheid het handwerk (wat) te automatiseren, maar vooralsnog staat die ontwikkeling nog erg in de kinderschoentjes.
Een groep onderzoekers van de universiteit van Incheon zouden nu een microfluïdische processor hebben ontwikkeld die is te besturen met een (gewone) computer. “Onze hoop is dat we de elektronische processors kunnen vervangen door DNA-processors. Die gebruiken minder energie en dat helpt tegen klimaatverandering”, zegt Youngjun Song. “De DNA-processor vormt een platform voor ingewikkelde berekeningen zoals in zelflerende systemen of in rekenmodellen nodig zijn.”
3d-printers
Song en de zijnen gebruikten 3d-printers om de microfluïdische chip te maken. Die is in staat om Booleaanse logica-operaties uit te voeren. Booleaanse berekeningen geven uitkomsten aan als waar of onwaar en die logica werkt met logische poorten.
In dit experiment is een logische poort een enkelstrengig DNA-molecuul (dus niet gepaard). Als invoer dienen verschillende enkelstrengige DNA-moleculen. Als zo’n DNA-invoer een sequentie heeft die kan paren aan het poort-DNA, dan vormt zich op die plaats een dubbele streng. De uitkomst (uitvoer) is dan waar of onwaar op basis van de lengte van het uiteindelijke DNA-molecuul.
Wat de DNA-processor uitzonderlijk zou maken is een kleppensysteem dat kan worden bediend met een computer of een mobiel. De DNA-processor samen met de daarbij gebruikte programmatuur (voor computer of mobiel) vormen dan de microfluïdische processor. Die zou zo een serie reacties kunnen laten verlopen om een combinatie van logische operaties uit te voeren op een snelle en handzame wijze.
Song denkt dat dit systeem een opstap is naar ingewikkelder processors. Kortom: hij ziet het wel zitten met die DNA-computer (met DNA-geheugen).
Bron: Science Daily