Onderzoekers van het California Institute of Technology (CalTech) hebben naar eigen zeggen ’s werelds grootste computersysteem op basis van DNA (oftewel desoxyribonucleïnezuur, de belangrijkste drager van erfelijke informatie) gebouwd. Met de nieuwe techniek die de onderzoekers gebruiken, kan het systeem makkelijk nog veel complexer worden.

Implanteren

De ontwikkeling van deze nieuwe aanpak is een grote stap voorwaarts in het controleren van biologische systemen met standaard informatieverwerkingsapparatuur. In de toekomst moeten deze DNA-computers logische functies net zo goed kunnen uitvoeren als apparatuur met silicium momenteel doet.

Een groot voordeel van het DNA-gebruik is echter dat die componenten veel kleiner kunnen zijn dan hun met silicium geproduceerde tegenhangers. Bovendien is het mogelijk ze te integreren in bijvoorbeeld het menselijk lichaam. Zo kan een systeem direct worden geplaatst in cellen of weefsel om ziektes te genezen, meldt Webwerelds Amerikaanse zustersite PCWorld.

DNA-componenten kweken

Onderzoekers Erik Winfree en Lule Qian publiceerden hun bevindingen vrijdag in het tijdschrift Science. Het is niet het eerste computersysteem op basis van DNA maar de Amerikaanse proefopstelling is wel groter dan andere prototypes. “De aanpak van Qian en Winfree markeert een belangrijke vooruitgang in DNA-gebaseerde computersystemen”, stelt professor John Reif in een commentaar bij de publicatie.

De onderzoekers hebben voor hun onderzoek 130 verschillende synthetische DNA-strengen gevormd. Die kunnen gebruikt worden om logische schakelingen te creëren. Vanuit dit bronmateriaal creëerden de wetenschappers een vier bits circuit van 74 moleculen. Het circuit kan de wortel van ieder getal tot 15 uitrekenen en rondt de uitkomst af naar het dichtstbijzijnde hele getal.

In de opstelling van Winfree en Qian worden de DNA-strengen gemaakt tot logische poorten die de eenvoudige Boolean-operaties AND, OR en NOR kunnen uitvoeren. Net zoals computerprocessors die op basis van transistors gemaakt zijn. De DNA-computers verwerken binaire signalen als in- en output, net als geïntegreerde schakelingen op basis van silicium.

Voortplanten in reageerbuis

Berekeningen worden in het systeem uitgevoerd door de DNA-sequentie van binden en replicatie. De voorgeproduceerde DNA-moleculen worden ondergedompeld in een oplossing in een reageerbuis. Als de strengen tegen elkaar botsen, binden zij zich en planten zij zich voort. Ook de ‘nakomelingen’ kunnen weer contact maken met andere DNA-strengen zodat het proces weer opnieuw begint. Zo vormen zij een logische keten.

De onderzoekers hebben ook een compiler ontwikkeld. Die kan door de gebruiker aangepaste logische operaties naar het DNA-circuit vertalen. Een groot nadeel aan het systeem is volgens Reif echter de snelheid van de opstelling. Of eigenlijk het gebrek daaraan. Het uitrekenen van een vier bits wortel kan tot tien uur duren.