دی‌ان‌ای و انفجار نوآوری در عرصه فناوری
دی‌ان‌ای، این کتابچه‌ی اسرارآمیزِ حیات، اطلاعات حیاتی را در خود جای داده. از تعیین رنگ مو گرفته تا پیش‌بینی خطر بیماری‌ها، همه‌چیز در گرو همین مولکول شگفت‌انگیز است. دانشمندان با درک عمیق‌تر این توانایی شگفت‌انگیز و قدرت ذخیره‌سازی بی‌همتای دی‌ان‌ای، به فکر ساخت کامپیوترهایی بر مبنای آن افتاده‌اند که می‌توانند از نسخه‌های امروزی مبتنی بر سیلیکون، هم سریع‌تر باشند و هم کوچک‌تر. برای رسیدن به این هدف بزرگ، پژوهشگران در مجله‌ی معتبر ACS Central Science از یک روش محاسباتی نوآورانه، سریع و ترتیبی مبتنی بر دی‌ان‌ای خبر داده‌اند. جالب اینجاست که این سیستم جدید، قابلیت بازنویسی هم دارد؛ درست مثل کامپیوترهای امروزی که همه‌مان با آن‌ها آشناییم.
فی وانگ، یکی از نویسندگان اصلی این پژوهش هیجان‌انگیز، می‌گوید: «محاسبات دی‌ان‌ای به عنوان یک الگو در محاسبات سیال، پتانسیل‌های منحصربه‌فردی دارد و می‌تواند دریچه‌ای باشد به سوی ذخیره‌سازی و پردازش حجم عظیمی از داده‌های دیجیتالی که در دی‌ان‌ای ذخیره می‌شوند.»
دی‌ان‌ای در هستی چگونه عمل می‌کند؟
در موجودات زنده، کارکرد دی‌ان‌ای به صورت متوالی و زنجیره‌ای است: ژن‌ها به آران‌ای (RNA) تبدیل می‌شوند و بعد، این آران‌ای‌ها به پروتئین‌ها ترجمه می‌شوند. این فرآیند، در آن واحد و بارها و بارها برای ژن‌های مختلف اتفاق می‌افتد. اگر دانشمندان بتوانند این رقص پیچیده و ظریف را در کامپیوترهای مبتنی بر دی‌ان‌ای بازسازی کنند، ماشین‌هایی خارق‌العاده خواهند ساخت که بسیار قدرتمندتر از مدل‌های سیلیکونی فعلی خواهند بود.
گام‌های بلند در محاسبات دی‌ان‌ای
تاکنون، پژوهشگران توانسته‌اند محاسبات منظّم دی‌ان‌ای را در مواردی خاص و با تمرکز بر اهداف مشخص، به نمایش بگذارند. ولی هنوز پیشرفت قابل‌توجهی در ساخت دستگاه‌های دی‌ان‌ای با قابلیت‌های عمومی و قابل‌برنامه‌ریزی که بتوانند برای کاربردهای متنوع مورد استفاده قرار گیرند، حاصل نشده بود. پیش از این، چون‌های فان، وانگ و همکارانشان، سامانه‌ای یکپارچه و قابل‌برنامه‌ریزی از دی‌ان‌ای ساختند که شامل دروازه‌های منطقی متعددی بود؛ این دروازه‌ها، حکم دستورالعمل‌ها را برای عملکردهای مدار داشتند.
آشنایی با عملکرد مدارهای DNA
روش کار آن‌ها این‌طور بود: داده‌ها (0 یا 1) با یک قطعه‌ی کوتاه از دی‌ان‌ای تک‌رشته‌ای که به آن الیگونوکلئوتید می‌گویند، نشان داده می‌شد. این قطعه، شامل مجموعه‌ای از بازها بود: آدنین، تیمین، گوانین و سیتوزین. (در طبیعت، ترکیب این بازها، کد ژنتیکی را شکل می‌دهد.)
انقلاب در محاسبات DNA با کمک ساختارهای اوریگامی
به عنوان مثال، فرض کنید دو ورودی با مقدار ۱ (رشته‌های دی‌ان‌ای ۱ و ۲) با یک مولکول دی‌ان‌ای که به عنوان یک دروازه‌ی منطقی OR عمل می‌کند، ترکیب می‌شوند. سپس، درون یک لوله‌ی پر از مایع، الیگونوکلئید ورودی با مولکول دروازه‌ی منطقی تعامل می‌کند و یک الیگونوکلئید خروجی تولید می‌شود. الیگونوکلئید خروجی به یک رشته‌ی دیگر از دی‌ان‌ای تک‌رشته‌ای متصل می‌شود که به شکل یک ساختار اوریگامی (تا شده) درآمده است؛ این ساختار را در زبان کامپیوتری، «ثبت» می‌نامند. سپس الیگونوکلئید با بررسی توالی بازهایش «خوانده» می‌شود، آزاد می‌شود و به محفظه‌ی دیگری منتقل می‌شود که در آن، دروازه‌ی بعدی قرار دارد؛ این فرآیند، همین‌طور ادامه پیدا می‌کند.
اما این فرآیند، ساعت‌ها به طول می‌انجامید و لازم بود که یک نفر، الیگونوکلئیدها را به صورت دستی از یک دروازه به محفظه‌ی دیگر منتقل کند تا محاسبات بعدی انجام شود. بنابراین، تیم تحقیق، به همراه هوی لو و سی‌سی جا، تصمیم گرفتند سرعت کار را بیشتر کنند. برای بهینه‌سازی و فشرده‌سازی فرآیندهای واکنش، تیم ابتدا ثبت دی‌ان‌ای اوریگامی را روی یک سطح دو بعدی شیشه‌ای ثابت کردند. الیگونوکلئید خروجی که از دروازه‌ی منطقی خاصی در مایع شناور بود، به ثبتِ نصب‌شده روی شیشه متصل می‌شد. بعد از خواندن الیگونوکلئید خروجی و مشخص شدن دستورالعمل‌های دروازه‌ی منطقی، این الیگونوکلئید جدا می‌شد؛ این کار، ثبت را بازنشانی می‌کرد و امکان بازنویسی آن را فراهم می‌ساخت و دیگر نیازی به جابه‌جایی یا تعویض ثبت‌ها نبود.
محققان همچنین یک تقویت‌کننده طراحی کردند که سیگنال خروجی را تقویت می‌کرد تا تمام اجزا – دروازه‌ها، الیگونوکلئیدها و ثبت‌ها – راحت‌تر بتوانند همدیگر را پیدا کنند. در یک آزمون اثبات فرضیه، تمام واکنش‌های محاسباتی دی‌ان‌ای در یک لوله در مدت زمان ۹۰ دقیقه انجام شد. وانگ می‌گوید: «این تحقیق، راه را برای توسعه‌ی مدارهای محاسباتی دی‌ان‌ای در مقیاس بزرگ و با سرعت بالا هموار می‌کند و پایه‌گذار روش‌های بصری برای رفع اشکالات و اجرای خودکار الگوریتم‌های مولکولی دی‌ان‌ای خواهد بود.»
بیشتر بخوانید
مدیتیشن یک روز پربرکت برای جذب عشق وامنیت و سلامتی
خود هیپنوتیزم درمان زود انزالی در مردان توسط هیپنوتراپیست رضا خدامهری
تقویت سیستم ایمنی بدن با خود هیپنوتیزم
شمس و طغری
خود هیپنوتیزم ماندن در رژیم لاغری و درمان قطعی چاقی کاملا علمی و ایمن
خود هیپنوتیزم تقویت اعتماد به نفس و عزت نفس