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

Jak pokračuje válka s mloky?

Jak pokračuje válka s mloky?

Velemlok čínský (Andrias davidianus) fascinující obojživelník ze svého...
Měli by odborníci informovat veřejnost o výskytu ohrožených druhů?

Měli by odborníci informovat...

To zůstává otázkou. Bohužel podobné zprávy nečtou pouze vědci, ale ve velkém také...
Problematika nočního přejídání: Vědci pravděpodobně odhalili příčinu

Problematika nočního přejídání: Vědci...

Čím to, že má řada lidí největší chuť  na jídlo pozdě večer, přestože je...
V Praze je do soboty k vidění telegram z Titaniku

V Praze je do soboty k vidění...

Připomenou 100. výročí vzniku Československé republiky neopomněli ani...
První letoun L-39NG by se měl představit v říjnu

První letoun L-39NG by se měl...

Podle posledních zpráv pokračuje výroba prvního letounu L-39NG podle plánu....
Keltský vodovod objeven u Vysokého Mýta

Keltský vodovod objeven u...

Olomouckým archeologům se podařilo u Vysokého Mýta odkrýt nejen keltské...
Podaří se zachránit drobnou krásku?

Podaří se zachránit drobnou krásku?

Kdyby vyhynula, dost možná by si toho nikdo nevšiml. Ale naštěstí jsou v...
Blíží se konec smradlavých bot

Blíží se konec smradlavých bot

Mnozí tento problém znají a to zejména v letních obdobích. Přijdete domu,...
Nevídaný rekord solárního letounu od Airbusu

Nevídaný rekord solárního...

Agentura DPA oznámila, že solární letoun Zephyr S, který vyrobila...
Vibrace v autě uspávají, zjistili vědci

Vibrace v autě uspávají, zjistili...

Nedávný australský výzkum odhalil zajímavé skutečnosti o jízdě autem a možném...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Amazonky prý skutečně existovaly! Víte, jak vypadaly?   

Amazonky prý skutečně existovaly!...

Ve starověkých pověstech byly Amazonky divoké válečnice z východu, ke...
Pád Papežského státu: Piovi IX. zlomil vaz únos dítěte

Pád Papežského státu: Piovi IX....

Zoufalý ženský pláč se v pozdních nočních hodinách 23. června 1858 rozléhá jedním domem v...
VIDEO: Filmy, ve kterých měli mít herci reálný pohlavní styk

VIDEO: Filmy, ve kterých měli mít...

V mnoha filmech jsou milostné scény, je nám ovšem jasné, že...
Pozor! Pacienti s rakovinou plic přicházejí pozdě

Pozor! Pacienti s rakovinou plic...

Na rakovinu plic ročně v Česku zemře 5 400 lidí. Patří jí tak smutné prvenství...
Vznikl foxtrot kvůli nedostatku šikovných tanečnic?

Vznikl foxtrot kvůli nedostatku...

V americkém městě Boston všichni kolem roku 1870 nadšeně tančí jakousi zpomalenou...
Co dělá s naším mozkem milování?

Co dělá s naším mozkem milování?

Uklidňuje, působí proti depresi, proti bolestem a nemocem. Příznivě...
Unikátní nahrávka zachycuje motýly pijící želví slzy!

Unikátní nahrávka zachycuje motýly...

Znáte přísloví plakat jako želva? Nezmiňujeme ho proto, že bychom se...
Malíř Antonín Slavíček učil i slavného archeologa!

Malíř Antonín Slavíček učil i...

Prezident Československé republiky T. G. Masaryk opatrně odkládá pero. 25....
VIDEO: Když chybí parťák na fotbálek

VIDEO: Když chybí parťák na...

Stolní fotbal nebo též foosball je velmi oblíbenou hrou....
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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