Počítače a DNA

Zdá se to být příliš fantastické na to, aby to byla pravda, ale vzrůstající počet výzkumů potvrzuje názor, že DNA, základní stavební kámen života, by mohla být také východiskem pro překvapivě silnou novou generaci počítačů.

Zdá se to být příliš fantastické na to, aby to byla pravda, ale vzrůstající počet výzkumů potvrzuje názor, že DNA, základní stavební kámen života, by mohla být také východiskem pro překvapivě silnou novou generaci počítačů.

Poslední dobou se zdá, že největší objevy se v současnosti rodí napříč jednotlivými vědními disciplínami. Biologické vědy a informační technologie j sou toho velmi názorným dokladem. Oba obory se protínají hned několikerým způsobem. Příkladem mohou být právě DNA počítače, kdy se jako médium pro uchovávání informací i vlastní »stroj« pro provádění výpočtů využívá molekul nukleových kyselin. Vše začalo někdy v polovině 90. let, kdy kalifornský informatik Leonard Adleman prokázal, že s genotypem jsou proveditelné zásadní matematické výpočty. DNAcomputing se stal zcela novou interdisciplinární výzkumnou oblastí. V USA stejně jako v Japonsku a Evropě probíhá hektické úsilí o to, posunout kupředu počítání s přes milion let optimalizovaným, extrémně stabilním a lehce kopírovatelným paměťovým přírodním materiálem. Co dělá počítání s genotypem tak vzrušujícím, je naděje zpřetrhat pouta dnešní počítačové technologie. DNA počítač je v principu schopen dnešní hardware předstihnout mnohonásobně v hustotě záznamu, využívání energie a počtu možných výpočetních operací.

Metoda hrubé síly

DNA počítač lze definovat jako systém pro řešení příslušně formalizováných úloh typu »sečti dvě čísla«. Zatímco ve stávajících křemíkových počítačích se výpočty realizují změnami elektromagnetického pole, DNA počítač funguje trochu jako kuličkové počitadlo -jednotlivé kousky DNA se různě proplétají přes sebe. Využití DNA počítačů se demonstruje nejčastěji na problémech obtížně vyčíslitelných, kdy se namísto sofistikovaného algoritmu požívá metoda hrubé síly. Např. luštění šifry dnes vlastně znamená vyzkoušet všechny možnosti. Na DNA počítači budou všechny alternativy reprezentovány různými molekulami DNA a stačí najít mezi nimi tu pravou. Přitom se vychází z faktu, že v protřepávané zkumavce dostaneme z původní »sadby« směs  jednovláknových a vícevláknových molekul, které budou držet pohromadě právě na základě komplementarity bází. Klíčové je – a bez toho by DNA počítače vůbec pracovat nemohly – že řetězce, které nejsou přesně komplementární, spolu pohromadě držet nebudou. Ve chvíli, kdy se všechny šroubovice a dvojšroubovice navzájem »dopletou«, zbývá jen odečíst výsledek. Řečeno poněkud zjednodušeně, při pohledu zvenku vypadá DNA počítač jako kbelík, kam nasypeme různé molekuly a počkáme, až nám na hladinu vyplave výsledek.

Miliarda CD-ROMů

Zatímco stolní počítače dnes dosahují rychlosti přibližně 109 operací za sekundu a superpočítače výkonu přibližně 1012, počet operací  realizovaných Adlemanovým počítačem je více než 1014 za sekundu, při zavedení některých optimalizačních postupů až 1020 za sekundu. K dalším výhodám DNA počítačů patří malá energetická náročnost. Najeden joul dodané energie může DNA počítač vykonat údajně až 2 x 1019 operací, což se blíží maximu 34 x 1019, které vyplývá z omezujících účinků druhé věty termodynamiky. Moderní superpočítače vykonají najeden dodaný joule pouze 109 operací.
Ohromující je také přednost DNA počítačů v hustotě ukládaných dat. Suchá DNA může obsahovat až 1012krát více informací než stejně objemné paměťové médium. Jinak řečeno: gram sušené DNA nese asi stejně informace jako miliarda CD-ROMů.

CO JE DNA?

DNA neboli deoxyribonukleová kyselina je vysokomolekulární organická látka. Je v ní zapsána genetická informace, která se při zdvojování DNA předává do dceřiných buněk. Každý živý organismus má již v době svého vzniku předurčenou základní stavbu svého těla a mechanismus jeho fungování. Tyto informace jsou obsaženy v molekulách nukleových kyselin. Kromě DNA je to také RNA – ribonukleová kyselina. Tyto dvě kyseliny se skládají pouze ze 4 základních stavebních prvků, nukleotidů uspořádaných v určitém pořadí za sebou. Vzájemné spojení mnoha po sobě jdoucích nukleotidů vytvoří řetězec celé molekuly nukleové kyseliny, která může obsahovat určitou informaci. Kombinace 3 nukleotidů může být přeložena do určité aminokyseliny, tedy stavebního prvku bílkovin. Sled jednotlivých nukleotidů je po trojicích přeložen podle daných pravidel do sledu aminokyselin, jejichž vzájemným spojením vzniká protein. Pravidla překladu informace z pořadí nukleotidů do pořadí aminokyselin se označují jako genetický kód.

ROZHODUJÍCÍ OBJEV V IZRAELI

Právě v těchto dnech finišují P vědci z Izraelského institutu technologie na novém j prototypu nanotranzistoru, který je stavebním kamenem elektroniky, postaveném na bázi DNA. Profesor Erez Braun tvrdí, že už mají laboratorní výsledky využívající DNA a molekulárních bílkovin, které dokáží stavět tranzistory bez lidské manipulace. Celý princip spočívá ve spojení nanovlákna uhlíku na specifickém místě s prvkem DNA. Potom stačí umístit kovové nanospoje z DNA molekulami na obou koncích vlákna. Vznikne Itakmolekulární tranzistor, který může být zapínán a vypínán aplikací elektrických impulzů. Jednotlivé tranzistory už se pak propojují samy. Použitá uhlíková vlákna měří v průřezu jen jeden nanometr, tedy jednu miliardtinu metru. Podobná uhlíková vlákna jsou uznávána jako nejperspektivnější prostředek, který umožní obrovský nárůst počtu tranzistorů na počítačovém čipu a tím mnohonásobně zvýší rychlost a paměť počítače.
Pavel Přeučil

Rubriky:  Zajímavosti
Publikováno:
Další články autora
Právě v prodeji
Tip redakce

Související články

Nalezeny fosílie plodů ovoce staré 52 milionů let!

Nalezeny fosílie plodů ovoce...

V patagonském zkamenělém deštném pralese objevili vědci fosilie prehistorického...
Závislost na telefonech? Vzrůstající problém!

Závislost na telefonech?...

O tom, že kouření způsobuje závislost, vědecká obec již dávno nepochybuje....
Budoucnost izraelských obrněných jednotek

Budoucnost izraelských obrněných...

Brigádní generál Didi Ben-Yoash, bývalý šéf izraelských obrněných sil,...
O český elektrický longboard je velký zájem

O český elektrický longboard je...

Přestože se nejedná o žádnou novinku, je o tento prodloužený elektrický...
Kde se odehrála jedna z největších bitev doby bronzové?

Kde se odehrála jedna z...

Přibližně před 3300 lety se do sebe na území dnešního severovýchodního Německa...
Astronauti opravili relé Mezinárodní vesmírné stanice

Astronauti opravili relé...

Včera jsme vás informovali o problémech na Mezinárodní vesmírné stanici....
Odhaleno 40 nových genů spojených s inteligencí

Odhaleno 40 nových genů spojených...

Vědcům se podařilo objevit 40 nových genů, které s největší...
Tradiční stěhování aligátora Libora v ústecké zoo proběhlo úspěšně

Tradiční stěhování aligátora Libora v...

Aligátor Libor se v úterý 23. května stěhoval do letní expozice. Toto stěhování má...
Do obnovitelných zdrojů se nejvíce investuje v Číně a Indii

Do obnovitelných zdrojů se nejvíce...

Indie a Čína přeskočily USA a staly se nejoblíbenějšími zeměmi...
Odstartoval česko-britský projekt „HiLASE – Centrum excelence“

Odstartoval česko-britský projekt...

V minulém týdnu byl zahájen česko-britský projekt „HiLASE – Centrum excelence“....

Nenechte si ujít další zajímavé články

Dvě tváře Estibaliz Carranzaové: Proč krásná cukrářka zastřelila exmanžela?

Dvě tváře Estibaliz Carranzaové: Proč...

 „Ta žena má dvě tváře! Bude se snažit hrát roli...
Může voda téct do kopce? I to se stává!

Může voda téct do kopce? I to se...

Všichni víme, že voda proudí vlivem gravitace...
Bez čí pomoci se mozek neobejde?

Bez čí pomoci se mozek neobejde?

Cévy fungují jako tunely, které mají na starost...
Špion Alžběty I. dohnal královnu na popraviště!

Špion Alžběty I. dohnal královnu...

„Dokud bude ta ďábelská žena naživu, nebude koruna...
Neuvěřitelné: Zvířecí jasnovidci předpověděli vítězství Donalda Trumpa!

Neuvěřitelné: Zvířecí jasnovidci...

Před americkými prezidentskými volbami v roce 2016 se...
Crashtest Boeingu 720: Letecká havárie na objednávku!

Crashtest Boeingu 720: Letecká...

Letecká doprava je sice bezpečná, proti automobilové...
Oběti lobotomie: Podrobila se jí i slavná Evita?

Oběti lobotomie: Podrobila se jí...

K lobotomii se nechají přemluvit či jsou k ní donuceni i...
Síň slávy neurologů: 6 lidí, na které by se nemělo zapomenout!

Síň slávy neurologů: 6 lidí, na...

Na počátku stál Američan Harvey Cushing (1869–1939)....
Tajemství Etrusků: Proč stavěli podzemní pyramidy?

Tajemství Etrusků: Proč stavěli...

Archeologové vstupují do sklepení pod městečkem...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

V našem profesionálně sestaveném testu ihned zjistíte přesné výsledky a obdržíte certifikát.