DNAベースの論理ゲートで構成された試験管回路は、DNA複製と配列結合を用いて最大15の数の平方根を計算できます。この計算は非常に遅く、1回の計算に最大10時間かかることもあります。そのため、有機ラップトップの実現はそう遠くありません。しかし、真のブレークスルーは、このシステムが化学システムの制御を可能にする点にあります。
本日発表された新しい論文によると、カリフォルニア工科大学の研究者たちは、これまでで最も複雑な生化学回路をゼロから設計した。この回路は、電子トランジスタの代わりにDNAを用いて、コンピューターの計算に必要なオン／オフ信号や「and-or」信号を生成する。
一般的なコンピューターでは、トランジスタが電子の流れを制御します。DNAコンピューターでは、塩水を入れた試験管に入れられた短い一本鎖DNA、または部分的に二本鎖になったDNA断片を使用します。カリフォルニア工科大学のニュースリリースによると、DNA鎖はDNAの二重らせん構造から触手のように突き出ています。DNA分子は水中で衝突して結合し、子孫分子を生成・放出します。これらの子孫分子は、従来のチップにおける電子のように信号として機能し、DNAの「ゲート」間を移動して回路を接続します。
Ars Technica の説明によると、ゲートのペアは観測された出力分子に基づいて and-or ロジックを作成できます。（この仕組みのより詳しい説明については、Ars Technica の記事をご覧ください。）
博士研究員のルル・チアン氏が率いる研究者たちは、望むどんなDNA配列でもエンコードすることができるため、DNA鎖がどのように相互作用するかを完全に制御できる。
彼らが開発した最大のコンピューターは、74個の分子からなる4ビット回路で、15までの任意の数の平方根を計算し、その答えを最も近い整数に切り捨てることができました。この答えを得るために、研究者たちは蛍光標識を用いて試験管内の出力分子の濃度を監視しました。
このプロセスには長い時間がかかりますが、重要なのはスピードではありません。この方法を用いることで、科学者は最終的に意思決定能力を持つ生化学的経路を設計できるようになるでしょう。化学反応をこのように制御することは、医薬品から工業プロセスまで、あらゆる分野に役立つ可能性があります。皮膚に埋め込まれたDNAベースのコンピューターチップが、適切なタイミングで薬剤を放出したり、血液サンプル中の特定の分子の濃度を調べて病気を迅速に診断できるDNAコンピューターを想像してみてください。
研究者らによると、この回路はより大規模なDNAコンピューターへと拡張可能であり、使用するDNAの種類を調整したり、回路を再構成したりすることでカスタマイズも可能だという。
「より高度なタスクを実行できる、より優れた生化学回路を開発し、分子デバイスを環境に作用させていきたいと考えています」と銭氏はニュースリリースで述べた。このコンピューターは、本日発行のサイエンス誌に掲載された論文で説明されている。
[ユーレカレルト、コンピュータワールド]
