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

Šťastný den pro gaviála

Šťastný den pro gaviála

Ochráncům přírody se podařil vskutku významný objev, který by mohl znamenat...
Jak lépe využívat a skladovat vodík?

Jak lépe využívat a skladovat...

Odborníci z Ústeckého materiálového centra Přírodovědecké fakulty Univerzity Jana Evangelisty...
Dýchněte si za peníze… indické bary nabízejí zákazníkům čerstvý vzduch

Dýchněte si za peníze… indické...

Indické bary stále častěji rozšiřují svou nabídku o nový zajímavý kousek...
Jak se vypočítává věk psa? Vědci boří zakořeněné mýty

Jak se vypočítává věk psa? Vědci...

Když se řekne stáří psa, tak si většina jistě vybaví pomůcku násobit věk...
Pravěká „metropole“

Pravěká „metropole“

Letošní druhá polovina roku se ukázala jako doba bohatá na nálezy z doby bronzové....
V Čechách byl nalezen 3 tisíce let starý bronzový meč

V Čechách byl nalezen 3 tisíce let...

Na Rychnovsku byl počátkem listopadu náhodnou osobou nalezen meč, jehož...
Uhasit hořící Teslu? Není to žádná sranda!

Uhasit hořící Teslu? Není to...

Minulý měsíc obletěla svět zpráva o nehodě Tesly v Rakousku. Vozidlo tehdy...
Více než polovina kuřáků v ČR chce se svým zlozvykem skoncovat

Více než polovina kuřáků v ČR...

Závislost na tabáku je příčinou každého pátého úmrtí v České republice. Až...
Prastarý africký veletok je mnohem starší, než vědci předpokládali

Prastarý africký veletok je mnohem...

Nejznámější africký veletok – řeka Nil – je podle nejnovějších...
Podílí se tabák na vzniku deprese a schizofrenie?

Podílí se tabák na vzniku...

Že má kouření vliv na vzniku rakoviny již potvrdilo mnoho klinických...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Obrovské stavitelské chyby: Obytný dům, který se vzepřel demolici

Obrovské stavitelské chyby: Obytný...

Stavitelských chyb je okolo nás bohužel velké množství,...
Když dějinám vládne počasí: Jak ovlivnilo historii?

Když dějinám vládne počasí: Jak...

Jak se říká: Historii tvoří vítězové! Ne vždy se tak ale stalo...
Jak ovlivňují nové technologie náš mozek?

Jak ovlivňují nové technologie...

Informace se na nás hrnou ze všech stran. A je jich čím dál tím víc....
Nejrafinovanější lháři zvířecí říše

Nejrafinovanější lháři zvířecí říše

Lhát se sice nemá, ale i mezi zvířaty se sem tam nějaká ta nepravda může hodit....
30 let bez výjezdní doložky: Za hranice konečně svobodně

30 let bez výjezdní doložky: Za...

Komunistickému režimu v Československu odzvonilo. Po sametové revoluci...
Lasagne značky Colgate aneb přešlapy známých firem

Lasagne značky Colgate aneb...

Každá značka má jisté produkty, pod kterými se proslavila....
7 ohromujících evropských knihoven 

7 ohromujících evropských knihoven 

Knihovny jako pokladnice vědění samy o sobě budí úctu a obdiv nejen...
Bitva o Pavlovův dům: Zabila sovětská četa víc skopčáků než kolik jich padlo při invazi do Paříže?

Bitva o Pavlovův dům: Zabila sovětská...

Burácivý hlomoz může znamenat jedinou věc – blíží se další vlna německého útoku....
Samička muntžaka chocholatého v Liberci

Samička muntžaka chocholatého v...

Liberecká zoologická zahrada se může pochlubit novým přírůstkem. Ve středu 23....
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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