توسعه رایانه‌های زیست‌مولکولی با استفاده از DNA

شاپیرو و همکارانش در موسسه Weizmann در سال ۲۰۰۱ اولین ابزار محاسباتی
خودمختار قابل برنامه‌ریزی را که از DNA ساخته شده بود، ارائه نمودند. این
ابزار بسیار کوچک که یک میلیارد عدد از آنها در یک قطره آب جای می‌گیرند،
می‌تواند محاسبات بسیار ساده‌ای همچون بررسی یک فهرست از یک‌ها و صفرها و تعیین
زوج بودن تعداد یک‌ها در این فهرست را انجام دهد. نسخه جدیدتری از این ابزار که
در سال ۲۰۰۴ ارائه شد، توانست سرطان را در یک لوله آزمایش تشخیص داده و با رها
کردن یک مولکول آن را از بین ببرد.

جدای از این امکان فریبنده و در حال حاضر غیرقابل دسترس که این ابزارها
می‌توانند به درون بدن تزریق شده و به عنوان «پزشک سلولی» برای شناسایی
بیماری‌ها و جلوگیری از گسترش آنها استفاده شوند، رایانه‌های زیست‌مولکولی
می‌توانند به شکلی قابل قبول میلیون‌ها محاسبه را به صورت موازی انجام دهند.

حال شاپیرو و گروهش یک برنامه پیشرفته برای رایانه‌های زیست‌مولکولی نوشته‌اند
که آنها را قادر می‌سازد به صورت منطقی فکر کنند. زنجیره استنتاجی که توسط این
ابزار پیشرفته به کار می‌رود، بسیار آشناست. این زنجیره بیش از ۲۰۰۰ سال پیش
توسط ارسطو به صورت یک قضیه ساده «اگر….آنگاه» ارائه شده است: تمام انسان‌ها
فانی هستند. سقراط یک انسان است. بنابراین سقراط فانی است. زمانی که قانون
«تمام انسان‌ها فانی هستند» و واقعیت «سقراط یک انسان است» را به رایانه دادند،
در برابر این سوال که «آیا سقراط فانی است؟»، پاسخ صحیح «آری» را ارائه کرد.
این گروه جلوتر رفته و سوالات پیچیده‌تری را که شامل چندین قانون و واقعیت بود،
مطرح کردند و ابزار محاسباتی مبتنی بر DNA توانست هر بار پاسخ صحیح را تشخیص
دهد.

این پژوهشگران به طور همزمان یک کامپایلر (برنامه‌ای برای ایجاد ارتباط میان یک
زبان برنامه‌نویسی رایانه‌ای پیشرفته و کد محاسباتی) DNA را نیز توسعه دادند.
هنگام استفاده از این کامپایلر می‌توان سوال را به شکل زیر به رایانه ارائه
کرد:

برای محاسبه پاسخ این سوال، رشته‌های مختلف DNA که نمایانگر قوانین، واقعیت‌ها
و سوالات هستند، توسط یک سامانه ربوتیک آرایش یافته و در یک فرایند
سلسله‌مراتبی، پاسخ مناسب جستجو می‌شود. پاسخ رمزنگاری شده به صورت نور سبز
نمایش داده می‌شود. برخی از رشته‌های DNA نسخه‌ای زیستی از سیگنال‌های نوری را
دارند. آنها با یک مولکول فلورسانس طبیعی که به یک پروتئین ثانویه پوشاننده نور
متصل شده است، تجهیز گردیده‌اند. یک آنزیم خاص که به محل پاسخ صحیح جذب می‌شود،
روکش پروتئینی را برداشته و امکان انتشار نور را فراهم می‌کند. قطرات کوچک آب
حاوی این بانک‌های داده زیست‌مولکولی توانستند پاسخ سوالات بسیار پیچیده را
بدهند و با رنگ‌های مختلفی که نمایانگر پاسخ‌های پیچیده هستند، روشن شدند.