Bir damla suyun içinde çalışan DNA bilgisayarı geliştirildi

Bir su damlası, milyarlarca molekülün aynı anda hareket ettiği son derece küçük bir hesaplama ortamına dönüşebilir. İrlanda’daki Maynooth Üniversitesi öncülüğündeki araştırmacılar, bu fikri kullanarak silikon çiplere ihtiyaç duymadan işlem yapabilen DNA tabanlı yeni bir bilgisayar geliştirdi.

Haberi okuduğunuz için teşekkürler, bizi takip etmeyi unutmayın!

Nature dergisinde yayımlanan çalışmada “İskeletli DNA Bilgisayarı” veya kısaca SDC olarak adlandırılan sistem, hesaplamaları elektrik akımıyla değil moleküllerin fiziksel davranışlarından yararlanarak gerçekleştiriyor. DNA dizileri, ısıtılıp soğutulduklarında daha kararlı ve düşük enerjili yapılara geçmeye çalışıyor. Araştırmacılar da bu doğal süreci belirli matematiksel sonuçlara ulaşacak şekilde yönlendiriyor.

Sistemin temelinde uzun bir DNA iskeleti ile bunun üzerine bağlanabilen daha kısa DNA zincirleri var. Tuzlu su çözeltisi içine yerleştirilen bu moleküller, önceden belirlenen kurallara bağlı olarak birbirleriyle etkileşime giriyor. Yeni bir veri işlemek veya farklı bir hesaplama gerçekleştirmek gerektiğinde uygun DNA zincirleri seçilerek çözeltiye ekleniyor. Moleküller arasındaki rekabet, sonunda belirli bir yapının diğerlerinden daha kararlı hale gelmesini sağlıyor ve hesaplamanın sonucu da bu yapı üzerinden okunabiliyor.

Bu yaklaşım sayesinde toplama, 3 ile çarpma, 2’ye bölme ve hata düzeltme kodlaması gibi farklı işlemler gerçekleştirildi. Küçük veri gruplarıyla yapılan basit hesaplamalar yaklaşık 30 saniyede tamamlandı. İşlem boyutu büyüdüğünde ise süre ciddi biçimde uzadı. 11 milyon ile 34 milyon arasındaki sayılarla gerçekleştirilen daha karmaşık hesaplamaların bazıları 14 saate kadar sürdü.

Kuruduktan 1,5 yıl sonra yeniden çalıştı

SDC’nin önceki DNA tabanlı bilgisayar sistemlerinden ayrıldığı önemli noktalardan biri, tek kullanımlık olmaması. Aynı moleküler sistem farklı işlemler için tekrar tekrar kullanılabiliyor. Araştırmacılar bunun ne kadar ileri taşınabileceğini görmek için çözeltilerden birini kuruttu. Yaklaşık 1,5 yıl sonra kaba yeniden su eklendiğinde DNA sistemi tekrar çalıştı ve daha önce yapılan hesaplamalar başarıyla gerçekleştirildi.

Bu özellik, özellikle uzun süreli veri depolama uygulamaları açısından önemli bir avantaj demek. DNA zaten yüksek yoğunlukta bilgi saklayabiliyor; aynı ortamın veriyi işlemesi ve hata düzeltme yapabilmesi ise farklı kullanım alanlarının önünü açabilir.

Silikon bilgisayarların yerine geçmesi beklenmiyor

Yeni sistem klasik bilgisayarların rakibi olarak tasarlanmadı. Hesaplama süreleri de mevcut elektronik işlemcilerle karşılaştırılabilecek düzeyde değil. Buna karşılık moleküler ölçekte çalışabilmesi, teknolojiyi biyolojik ortamlar ve akıllı malzemeler gibi geleneksel elektroniklerin kullanımının zor olduğu alanlar için ilgi çekici hale getiriyor. Hücre içinde gerçekleştirilebilecek tıbbi işlemler ve doğal hata düzeltme mekanizmalarına sahip uzun süreli DNA arşivleri de olası kullanım alanları arasında bulunuyor.

En dikkat çekici nokta ise hesaplamanın büyük ölçüde moleküllerin doğal olarak düşük enerjili duruma geçme eğiliminden yararlanması. Böylece küçücük bir sıvı içerisinde bulunan DNA molekülleri, doğru biçimde programlandıklarında hem veri saklayabilen hem de bu veriler üzerinde işlem gerçekleştirebilen bir sisteme dönüşebiliyor.