Биология » Биоэлектронные технологии » Конечный биоавтомат Шапиро

Конечный биоавтомат Шапиро

В новой работе израильских ученых из Вейцмановского института избрано существенно иное направление исследований. Эта команда во главе с профессором Эхудом Шапиро (Ehud Shapiro) решила создавать не специализированную методику для решения строго конкретной задачи, а технологию многоцелевого нанокомпьютера на базе уже известных свойств биомолекул, таких как ДНК и энзимы. По словам Шапиро, создание их ДНК-компьютера вдохновило явное сходство между принципами обработки информации в ДНК и функционированием теоретического устройства, известного в математике как "конечный автомат" или машина Тьюринга.

Машина Тьюринга обрабатывает и хранит информацию как последовательности символов, что совершенно очевидным образом соотносится с работой "биологической автоматики" в живых клетках. В качестве начального этапа нано-биоавтомат, разработанный командой Шапиро, реализует частный случай машины Тьюринга: автомат с двумя состояниями и двухсимвольным алфавитом. Продемонстрировано, что на основе искусственно синтезированных нитей ДНК можно создавать систему, которая автоматически, без участия человека, различает в поступающих на ее вход последовательностях символы двух видов ("нули" и "единицы"), а также подсчитывает четность последовательностей.

Разработанный Эхудом Шапиро и его коллегами биокомпьютер требует для работы лишь составления правильной молекулярной смеси. Затем примерно за час эта смесь самостоятельно порождает молекулу ДНК, в которой закодирован ответ на поставленную перед вычислителем несложную задачу. В этом биокомпьютере ввод и вывод информации, а также роль "программного обеспечения" берут на себя молекулы ДНК. В качестве же "аппаратного обеспечения" выступают два белка-энзима естественного происхождения, которые манипулируют нитями ДНК. При совместном замешивании молекулы программного и аппаратного обеспечения гармонично воздействуют на молекулы ввода, в результате чего образуются выходные молекулы с ответом. В целом же система функционирует как простой конечный автомат.

Задачи, которые способен решать этот автомат, зависят от подаваемых на вход молекул и от молекул программного обеспечения. Пользуясь формальным языком, сейчас автомат способен обрабатывать "регулярные выражения", т.е. находить ответы на несложные вопросы относительно содержимого списков, содержащих два типа символов, таких как "0" и "1", или "a" и "b". Например, четно ли число единиц в последовательности? Или есть ли в последовательности по крайней мере один символ "b"? В общей сложности биомолекулярный нанокомпьютер израильских ученых сейчас можно запрограммировать на отыскание ответов для 756 подобных вопросов.

Статьи и публикации:

Характеристика видов отдела Папоротникообразные Пензенской области. Семейство Dryopteridaceae – Щитовник
Крупный, 40-100(120) см высотой, многолетний папоротник с утолщённым корневищем и бокальчато расположенными тёмно-зелёными ланцетными или продолговатыми дважды перисторассечёнными листьями с короткими черешками. Черешок и стержень листа в ...

Классическая классификация боли
Боль можно классифицировать следующим образом: 1. Ноцигеная. 2. Нейрогенная. 3. Психогенная. Ноцигеная боль. Когда при раздражении кожных ноцицепторов, ноцицепторов глубоких тканей или внутренних органов тела, возникающие импульсы, сл ...

Нейрофизиологические механизмы и возрастные особенности эмоций
Эмоции – процесс переживания ситуации, реакция на внешние и внутренние раздражители, отношение к окружающим объектам, событиям, явлениям. Различают эмоциональные реакции, состояния и отношения. Эмоциональные реакции – положительные, отри ...

Разделы