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 sílyDNA 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-ROMůZatímco 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 IZRAELIPrávě 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

Autor: Libor Michalec, Pavel Přeučil
Rubriky:  Zajímavosti
Publikováno:
Další články autora
Právě v prodeji
Tip redakce

Související články

Lepší léčba HAE v Česku a na Slovensku

Lepší léčba HAE v Česku a na...

Vzácnému dědičnému onemocnění jménem hereditární angioedém se dostává v...
Molnupiravir se k lidem může dostat už na podzim

Molnupiravir se k lidem může...

Do závěrečné, třetí fáze testování se dostává slibný lék na koronavirus –...
Hasiči budou mít nové pomocníky

Hasiči budou mít nové pomocníky

V posledních letech se na první příčky popularity na poli technologie dostaly...
V italské jeskyni byly nalezeny pravěké ostatky

V italské jeskyni byly nalezeny...

O životě našich prapředků se neustále dozvídáme něco nového. Nejvíce...
Vztahy v době pandemie

Vztahy v době pandemie

Více než rok trvající pandemie prověřila kvalitu rodinných vztahů. Na rodiny...
Pozor na mozkovou mrtvici

Pozor na mozkovou mrtvici

Náhle vzniklý pokles koutku úst, porucha řeči, oslabení nohy nebo rukou,...
I plíce mohou mít vysoký tlak

I plíce mohou mít vysoký tlak

Dušnost při fyzické námaze nebo únava, případně bolest na hrudi – to vše může...
Nové technologie pro budoucnost jaderné energetiky

Nové technologie pro budoucnost...

Využívání energie z jádra se stalo přirozenou součástí energetického...
Každý desátý Čech trpí astmatem

Každý desátý Čech trpí astmatem

Astma – chronické zánětlivé onemocnění plic známé u dětí i...
Čeští vědci popsali nový rod žáby z Konga

Čeští vědci popsali nový rod...

Tým Václava Gvoždíka objevil a popsal nový rod rákosničkovité žáby žijící v...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Proč má každý svůj svátek?

Proč má každý svůj svátek?

Většina lidí má u nás důvod ke slavení minimálně dvakrát v roce....
S taneční drogou proti PTSS

S taneční drogou proti PTSS

Extáze (MDMA) je uměle připravovaná droga nejčastěji ve formě tabletek či...
Stalo se v květnu: Dobytí Everestu i vynález Rubikovy kostky

Stalo se v květnu: Dobytí...

5. 5. 1841 Žádnej lotr mexickej Dvacet let žaláře. Tak zní rozsudek vrchního...
Bežná gesta, která mají ve světě odlišný význam

Bežná gesta, která mají ve světě...

Gesta společně s mimikou jsou hlavními prostředky neverbální komunikace a...
Boty: Od pravěkých ševců po 3D tisk

Boty: Od pravěkých ševců po 3D tisk

Jsou nedílnou součástí oděvu civilizovaného člověka. Chrání naše dolní...
Barokní paruky doby Ludvíka XIII. se stávaly rejdištěm vší

Barokní paruky doby Ludvíka XIII. se...

V dobách vlády francouzského krále Ludvíka XIII. zažívají boom paruky. Ludvík...
Pokémon: Japonský fenomén, který pobláznil svět

Pokémon: Japonský fenomén, který...

Vysoce inteligentní stvoření, která rozumí lidské řeči. Ve volné přírodě se...
Roztomilá panda: Černými „brýlemi“ vás vyzývá na souboj!

Roztomilá panda: Černými „brýlemi“...

Jedna jako druhá. Medvídek v kontrastních barvách, díky nimž připomíná lupiče....
Obránci Leningradu neměli co jíst, ale chránili semínka

Obránci Leningradu neměli co jíst,...

Lidem v obleženém Leningradu docházejí síly a po tisícím umírají hlady....
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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