Im modernen Leben sind Computer und Flüssigkeiten "unvereinbar", aber dank eines weiteren (kleinen) Durchbruchs ist die Zukunft näher, in der mikroskopische Systeme auf der Grundlage von DNA die menschliche Gesundheit überwachen werden.
Genauigkeit ist nicht schlechter als beim Kopieren von Genen in einer Zelle: Die Wirkung logischer Sch altkreise basiert auf der komplementären Interaktion kurzer DNA-Stränge
Eine Gruppe von Forschern unter der Leitung von Erik Winfree hat logische DNA-Sch altkreise entwickelt, die in einer Lösung funktionieren, die die intrazelluläre Umgebung simuliert. Sie können verwendet werden, um komplexe chemische Systeme zu schaffen, wie zum Beispiel mikroskopische Geräte, die die Zellaktivität regulieren.
Anstelle von elektrischer Spannung verwenden die neuen Schemata hohe und niedrige Konzentrationen kurzer DNA-Moleküle, um Signale zu kodieren. DNA besteht auch aus chemischen logischen Elementen, die Informationen verarbeiten. Jedes logische Element ist ein klar organisierter Komplex von Nukleotidketten.
Die Wechselwirkung eines Logikelements mit einem bestimmten eingehenden Molekül führt zur Freisetzung eines ausgehenden Moleküls, das wiederum zu einem Input für die nächste Stufe der "Berechnung" wird und das nächste Logikelement auslöst. Das Schema funktioniert wie eine Kaskade von Dominosteinen, die gegeneinander fallen.
Aber im Gegensatz zu Dominosteinen und elektrischen Sch altungen können die Komponenten von DNA-Sch altungen nicht im Raum fixiert und mit einem Draht verbunden werden. Stattdessen findet die Wechselwirkung in einer ausgewogenen Lösung statt, in der die DNA-Moleküle zufällig miteinander kollidieren. Gleichzeitig wird die Übereinstimmung von Signal und empfangendem Element durch die hohe Spezifität chemischer Wechselwirkungen sichergestellt.
Den Autoren ist es gelungen, logische Elemente zu entwerfen, die die Grundoperationen der binären Logik - "UND", "ODER", "NEIN" - ausführen, die die "Bausteine" sind, die zum Aufbau komplexer Logiksch altungen erforderlich sind. Zur Demonstration wurden mehrere Logiksch altungen erstellt, von denen die komplexeste aus 6 Eingängen und 12 Logikelementen besteht, die Informationen in einer 5-stufigen Kaskade verarbeiten. Ein solcher Sch altkreis ist zwar weit von der Größe des Silicon Valley entfernt, sagt Winfrey, aber er demonstriert mehrere Designprinzipien, die verwendet werden können, um komplexere biochemische Sch altkreise zu erstellen.
Wichtige potenzielle Vorteile DNA-basierter Sch altkreise sind die Fähigkeit, das Signal bei Vorhandensein von Interferenzen wiederherzustellen, sowie die Standardisierung chemischer Sch altkreissignale unter Verwendung von Translatorgenen, die Biomoleküle wie microRNAs als ausgehende Signale verwenden. Das bedeutet, dass DNA-Schemata verwendet werden können, um zelluläre Anomalien, einschließlich Krebs, zu erkennen, und zwar vielleicht nicht nur in Gewebeproben, sondern im ganzen Körper.
Der Zweck der Erstellung von DNA-Logiksch altkreisen besteht nicht darin, herkömmliche Computer zu ersetzen: Dies ist unmöglich, schon allein wegen ihrer grundlegend langsameren Geschwindigkeit. Solche Schemata sollten jedoch auf dem sich schnell entwickelnden Gebiet der synthetischen Biologie Anwendung finden und dazu beitragen können, eine neue Generation "intelligenter" biochemischer Systeme für Medizin und Nanotechnologie zu schaffen.
Mittlerweile können DNA-basierte Logiksch altungen bereits Tic-Tac-Toe spielen.
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