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

Nový urychlovač částic

Nový urychlovač částic

S novou vizí přišla Evropská laboratoř jaderného výzkumu (CERN), je jí urychlovač částic nové...
Pohodlnost udělala opět krok kupředu!

Pohodlnost udělala opět krok...

Nové modely televizí, mobilních telefonů, domácí elektroniky, to vše opětovně...
Jak přežít pod lavinou?

Jak přežít pod lavinou?

Jak dýchá člověk uvězněný v lavině? Jak rychle dochází k úbytku kyslíku? Tyto a...
Chutná jim i hadí krev!

Chutná jim i hadí krev!

Nezvyklý pohled se naskytl pracovníkům odchytové služby v australském...
Znáte správnou velikost? Metr nahradila technika!

Znáte správnou velikost? Metr...

Společnost Soma na veletrhu CES představila zajímavé spodní prádlo Somainnofit...
Jak obézní krysa zhubla?

Jak obézní krysa zhubla?

Za redukcí váhy obézní krysy stojí čip z Wisconsinské univerzity (UWB)....
Ohněte si telefon!

Ohněte si telefon!

Letošní veletrh CES v Las Vegas přinesl jako každý rok mnoho technologických...
Písařské aktivity středověkých žen

Písařské aktivity středověkých žen

V Německu byla nalezena kostra středověké ženy, která vytvářela posvátné texty a která...
Roztomilá agrese

Roztomilá agrese

Při pohledu na koťátko či štěňátko nás přepadne nutkavá touha se s...
Fotosyntéza na vzestupu

Fotosyntéza na vzestupu

Díky genovému inženýrství se vědcům podařilo vylepšit fotosyntézu....

Nenechte si ujít další zajímavé články

Youtubeři: Dva z nich za svou tvorbu zaplatili životem!

Youtubeři: Dva z nich za svou...

Youtubeři jsou hitem současnosti. Lidé, kteří na webovou stránku youtube...
Záhadný mozek: Nejvýkonnější počítač ve vesmíru ukrývá naše lebka!

Záhadný mozek: Nejvýkonnější počítač...

Lidský mozek patří mezi nejméně probádané orgány našeho těla. Řídí celý náš...
Sydneyská opera: Jaká je celková kapacita hledišť?

Sydneyská opera: Jaká je celková...

Většinu architektonických divů světa nalezneme na severní polokouli. Ale i...
Anne Parillaudová: Hrdinkou proti své vůli

Anne Parillaudová: Hrdinkou proti...

Žádný seznam akčních hrdinek se neobejde bez Nikity....
O 50 let zpátky: Nesouhlas s pasivitou společnosti, který končí v plamenech

O 50 let zpátky: Nesouhlas s...

„V historii jsou okamžiky, kdy je třeba něco udělat. Já jsem se snažil....
Kontroverzní show The Big Donor: Boj o ledvinu se změní ve frašku!

Kontroverzní show The Big Donor:...

Velký šok zdaleka nejen nizozemským divákům připraví televizní stanice BNN,...
Míč: Kulatý nesmysl, se kterým si hraje celá planeta

Míč: Kulatý nesmysl, se kterým si...

Fotbal, tenis, basketbal, baseball, házená, golf a mnoho dalších globálně populárních...
Čeká jezuitský poklad v Klementinu na své objevení?

Čeká jezuitský poklad v Klementinu...

V roce 1773 jezuité narychlo opouštějí pražské Klementinum. Papež Klement XIV....
007 Elements: Bond, hory a baterky

007 Elements: Bond, hory a baterky

Každý potřebuje v tom svém lidském pinožení nějaký opěrný bod....
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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