Протягом мільярдів років життя використовувало довгі молекули дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК) для зберігання інформації та вирішення проблем. Сьогодні інженери впроваджують інновації в обчисленнях на основі ДНК, щоб не лише зберігати дані, а й використовувати їх як біологічні комп’ютери. Проте досі їм було складно створити синтетичну систему, яка могла б одночасно зберігати та виконувати завдання.
Нове дослідження продемонструвало можливість упаковки та використання ДНК для виконання обчислювальних функцій, таких як зберігання, читання, видалення, переміщення та переписування даних. Дослідники з Північно-Каролінського університету (NC State) та Університету Джонса Хопкінса показали, що їхня новаторська нуклеїнова структура доводить універсальність обчислень на основі ДНК і може сприяти створенню надзвичайно компактних біологічних машин.
Система дозволяє не тільки зберігати молекули, а й легко редагувати код. Ключовим аспектом є можливість відокремлення інформації ДНК від нанофібрів, на яких вона зберігається, що дозволяє копіювати дані в форму РНК для обробки або переписувати конкретні ділянки ДНК без пошкодження оригінальних даних або носія.
Крім того, розгалужена структура допомагає зберігати інформацію ДНК краще, ніж полімери в розчині. Аналіз прискореного старіння показав, що нитки, збережені на дендрикалоїдах при температурі близько 4 градусів Цельсія, можуть мати період напіврозпаду тисячоліття. При нижчих температурах це може бути мільйони років.
Використовуючи таку систему, дані, які займають місце тисячі ноутбуків, можуть надійно зберігатися в просторі розміром з олівець. Хоча до широкого використання таких біологічних комп’ютерів ще далеко, цей прорив демонструє, що це можливо. Вже зараз біологічна машина змогла вирішити прості завдання, такі як шахи і судоку, що, хоч і не на рівні суперкомп’ютерів, є вражаючим досягненням для мікроскопічних молекул.
Можливо, вона не є надзвичайно потужною або швидкою на даний момент, але обіцянка зберігання та обчислень на основі ДНК полягає в компактному зберіганні величезної кількості інформації на носії, який може пережити цілі цивілізації.
Результати дослідження опубліковані в журналі Nature Nanotechnology.