Onderzoekers maken logische poorten van dna

Informatici van Caltech University melden de creatie van logische poorten op basis van dna. De poorten zijn in staat de logische basisoperaties and, or en not uit te voeren in een zoutwateroplossing met de eigenschappen van een intracellulaire omgeving.

'Digitale logica en water gaan gewoonlijk niet zo goed samen', zegt onderzoeksleider Erik Winfree, waarmee hij doelt op ongelukjes zoals het morsen van een drankje op de laptop. 'Deze circuits werken echter in water omdat ze gebaseerd zijn op scheikunde in plaats van elektronica', zo verklaart de informatica-professor, die gespecialiseerd is in neurale netwerken. Signalen worden niet zoals gebruikelijk weergegeven middels hoge en lage voltages, maar door met hoge en lage concentraties van korte dna-moleculen te werken. Deze korte moleculen worden op hun beurt gecombineerd tot een complexe dna-structuur. Wanneer deze de juiste invoermoleculen treft, produceert ze uitvoermoleculen die op hun beurt weer als verdere invoer voor de biochemische rekeneenheid kunnen fungeren. In tegenstelling tot traditionele circuits is er hier echter geen sprake van vaste posities van de deelcircuits die met een draadje verbonden kunnen worden: berekeningen vinden plaats door moleculen die elkaar in de zoutoplossing tegenkomen. Daarbij is het de bedoeling dat alleen de op juiste wijze ontworpen molecuulstructuren op bepaalde invoermoleculen reageren.

'We konden zo alle fundamentele logische operatoren bouwen die aan de basis liggen van circuits die complexe berekeningen uit kunnen voeren', legt onderzoeker Georg Seelig uit. Ter demonstratie werd een aantal circuits gebouwd waarvan de grootste uit twaalf poorten bestond die een vijflaagse berekening uitvoerde. Daarmee zijn verscheidene ontwerpprincipes gedemonstreerd die laten zien dat de techniek over de juiste opschaaleigenschappen beschikt, aldus Winfree. De professor zegt dat er weliswaar eerder circuits zijn gebouwd met behulp van dna, maar daar waren enzymen danwel koolstofbuisjes bij nodig; niet eerder werden op basis van enkel dna-eigenschappen circuits gebouwd. Volgens Winfree kan de dna-computer ook natuurlijk voorkomende microRNA-moleculen als invoer gebruiken, waarmee het mogelijk moet zijn om cellulaire veranderingen te meten en er bijvoorbeeld bepaalde soorten kanker gedetecteerd kunnen worden. Dat laatste impliceert dat het menselijk lichaam zelf als behuizing voor dit type computer kan fungeren.

Reacties (42)

[Anoniem: 171763]

Volgens Winfree kan de dna-computer ook natuurlijk voorkomende microRNA-moleculen als invoer gebruiken, waarmee het mogelijk moet zijn om cellulaire veranderingen te meten en er bijvoorbeeld bepaalde soorten kanker gedetecteerd kunnen worden. Dat laatste impliceert dat het menselijk lichaam zelf als behuizing voor dit type computer kan fungeren.

Hmm dus als ik het goed begrijp zouden ze een bepaalde samenstelling in je bloed kunnen laten brengen die dan indicatoren produceert als het reageert met kankercellen?
Als dat in de toekomst een mogelijkheid zou zijn dan is dit echt een ongelooflijke stap voorwaarts! Misschien dat ze ipv een indicator meteen een kanker-remmende stof zouden kunnen laten produceren, om de eerste verschijnselen direct aan te pakken...

[DeArmeStudent]

Dit is ongefundamenteerd sci-fi onzin...Lichaamsvreemd dna wordt door het immuumsysteem eerder aangevallen dan een 'lichaamseigen' kankercel...Dan zou je eerste het immuum-systeem plat moeten gooien om deze dingen hun werk te laten doen, en dan zou je gelijk een remedie moeten hebben voor allerlei infecties...Leuk idee, maar praktisch niet realistisch uitvoerbaar, net als het inbrengen van 'geupgrade' dna in levende mensen via retro-virussen...De kans dat zoiets meer schade aanricht dan goed doet is te groot om in de mens te testen...
@Rey Nemaattori,
Yep, in een gecontroleerde lab-omgeving met een colonie eencellige bacterieen...Maar het menselijk lichaam is een totaal ander orde...(distributie, niet delende cellen enz) daarbij: 1 enkele verandering van het dna kan onbelangerijk lijken, maar wanneer een dergelijk verandering doorgegeven wordt aan de volgende generatie zullen de gevolgen niet te overzien zijn, omdat het meeste van het menselijk dna alleen gebruikt wordt bij de ontwikkeling...het menselijk lichaam is niet een computer die je zomaar kan "updaten" d.m.v. "insteek"-dna-"kaarten" Als je het toch met een pc vergelijkt, dan kan je het beter zo zien: wanneer je je pc wil updaten, moet je hem wel uitzetten...en de menselijk variant van "uit" is dood...

[Rey Nemaattori]

Doormiddel van een virus kun je je lichaam aanpassen, door bijvoorbeel een kolonietje cellen door het virus te laten veranderen, zonder dat ze meteen als lichaams vreemd worden aangemerkt....

[CmdrKeen]

Dan zou je eerste het immuum-systeem plat moeten gooien om deze dingen hun werk te laten doen

Upgraden heet dat

[Anoniem: 175233]

Onze arme student is niet geheel op de hoogte van de huidige ontwikkelingen....

Op dit moment wordt er hard gewerkt om via retro-virussen e.d. bijvoorbeeld cellen van het immuun systeem te reactiveren, om AIDS te bestrijden. Dan moet je denken aan cellen van de patient afnemen, genetisch aanpassen, en weer terug injecteren. Dat wordt op dit moment getest, en ziet er erg succesvol uit.

Dat is uiteraard wel volkomen verschillend met hetgeen WimX beschrijft... Dat zal inderdaad niet werken.

[CmdrKeen]

Laat het een hele range met ziektes herkennen en dan automagisch een mailtje laten sturen aan de dokter. Integratie met Outlook, zodat de afspraak meteen in je agenda gezet wordt.

Word je wakker, check je je mail, krijg je opeens een herinnering dat je naar de dokter moet

[Anoniem: 151174]

"Dat laatste impliceert dat het menselijk lichaam zelf als behuizing voor dit type computer kan fungeren."

Correct me if i'm wrong, maar de werking van het menselijk lichaam is toch redelijk analoog aan dat van een computer ? Wij maken ook besluiten gebaseerd op basisprikkels (zoals AND, OR, NOT, etc.). Dus we stoppen straks een computer in een computer ????

Wel lijkt het me zinvol om kankercellen te kunnen detecteren en vooral, te elimineren. Maar zover is het onderzoek nog niet gevorderd.

Tot slot lijkt het me inderdaad belangrijk, dat contaminatie kan worden uitgesloten. Een virusje met DNA-wijzigende capaciteiten kan desastreuze gevolgen hebben voor een eventueel netwerk....HATSJOE

[Jouke74]

DNA is stabiel tot ver boven 37 graden. Bij PCR, het vermedigvuldigen van DNA in een reageerbuisje, wordt de temperatuur regelmatig opgevoerd naar 96 graden (denaturisatie punt (strengen gaan los van elkaar)). De eiwitten / enzymen om het systeem te laten werken moeten echter ook temperatuur bestendig zijn en dat hangt erg af van je keuze.

[MaxxMark]

De "gelpack's" zijn weer een stukje dichterbij

[DeArmeStudent]

@RocketKoen (foutje)
Inderdaad, bij het opvoeren van de snelheid van dit soort 'systemen' zal warmte tot ongeveer 37 graden een positieve uitwerking hebben, echter bij een hogere temperatuur dan 37 graden zal het aantal fouten in het DNA-eiwit significant toenemen, wat niet wenselijk zal zijn...Daarbij zal dit ook in een steriele omgeving moeten plaatsvinden omdat contaminatie ook op de loer zal liggen...

[Pieter...]

Er zijn ook organismen die ook DNA hebben en in een temperatuur ver boven de 37 graden werken, bovendien is DNA geen eiwit.

[Anoniem: 175233]

Precies. Er komen geen eiwitten aan te pas, dus die 37 graden is irrelevant.

Allemaal puur DNA, met een simpele chemische reactie, dus daarvoor kun je veel hogere temperaturen gebruiken.

Als je dubbelstrengs DNA gebruikt, dan ligt de smeltcurve ergens bij 70 graden....(plusminus 10 afhankelijk van de ratio basisparen) (DNA smelten betekent dat je de twee strengen van elkaar scheid).

Enkelstrengs gaat tot nog veel hogere temperaturen.

[Anoniem: 118636]

ook als reactie op MaxxMark klopt dit. Er is een aflevering van Star-Trek, waar de bio-computer van Voyager 'koorts' heeft, en is besmet met een bacterie uit één van Nelix's speciale gerechten

[Knobby]

er is hier geen elektronica in het spel dus met die warmte zal het wel mee vallen....
bovendien blijft dna heel tot ver boven 37 graden

[Anoniem: 178962]

Was het niet zo dat je ook een XOR poort moest kunnen maken voordat alle complexe logica mogelijk is?

[Mathijs1]

en XOR kan gemaakt worden met AND en OR poorten (http://mathworld.wolfram.com/XOR.html)

[Daimanta]

Of met logica regels:

(q en niet r) of (r en niet q)

(Wiskundige tekentjes kan ik er zo niet van maken)

[GENETX]

Voor jou met wiskundige tekens: F = (A x 'B) + ('A x B )

[Anoniem: 132168]

En zo nog eentje even in Python

(q and not r) or (r and not q)

[ultimasnake]

Hmmm, houd dit nou in dat ze een organisme hebben gemaakt die kan rekenen? (gezien dna niet in silicone of metal zit, toch?) zou het hier dus gaan over "leven"???

[Mathijs1]

nee nu haal je van alles door elkaar. dna is een molecuul dat in cellen van levende wezens zit (zeker niet in metaal), en of een ding levend genoemd kan worden hangt niet zozeer van de aanwezigheid van dna af.

[Anoniem: 146396]

Het gaat over organische chemie.
Maar de term "leven" is relatief en bediscusieerbaar.
Wanneer leeft iets? Als het kan bewegen? (een auto kan bewegen) Als het kan voortplanten? (onlangs was er een artikel op t.net over recombinatie dmv blokken) Als het kan rekenen? (ja dat kan het)....

[lvh]

Maar dat kunnen algen dan weer niet :-)

Ik geloof dat de huidige meest voorkomende definitie is dat het zich autonoom (enkel met zijn eigen soort) moet kunnen voortplanten -- virussen bv. vallen hier wel uit de boot.

[syo]

Ik heb altijd geleerd dat dit de zeven levenskenmerken: beweging, afwisseling, waarneming, voeding, uitscheiding, voortplanting. Dus dan is het volgens mij niet zo heel zinnig om er nog over te discusieren

[terror538]

laat afwisseling weg en vervang het door ademhalen en je hebt ze alle 7

[Anoniem: 146396]

nah heb onlangs iets gelezen van een levensvorm die ontdekt werd diep onder de grond (of in olie ofzo) die geen zuurstof verbruikte. Ik denk dat het zwavel verbruikte ofzo

maarook: beweging hoeft ook niet bvb bij planten.
En het kan goed zijn dat er levensvormen zijn die zich voeden op zonne-energie en dus geen atomen/moleculen moeten uitscheiden.

voortplanten weet ik ook niet. Want als je onvruchtbaar bent leef je toch ook.

Maar die 7 kenmerken beschrijven idd het grootste deel van het aardse leven

[Anoniem: 175233]

Er zijn stapels doodnormale bacterien die geen zuurstof gebruiken. En die worden echt wel als leven gezien.

"Leven" is een verschrikkelijk moeilijke definitie, die je niet met jouw simpele middelbare school levenskenmerken kunt omsluiten. Koetjes en kalfjes wel, maar er zijn ongelooflijk veel vormen die veel lastiger te classificeren zijn.

[GigaDave56]

@ terror538
Ik denk dat syo eigenlijk stofwisseling had willen typen. Dan vallen anaerobe organismen (die geen zuurstof gebruiken) ook onder leven.

[borkhuis]

Dat laatste impliceert dat het menselijk lichaam zelf als behuizing voor dit type computer kan fungeren.

YES!!! Het is toch waar! De Hitchhikers Guide had toch gelijk!

En het antwoord is: 42!

[Hierodemus]

Nu oppassen voor je muis, voor je het weet gaat je MX je schedel openmaken.

[jaapstobbe]

Terminator komt eraan

"I want your clothes, your boots and your motorcycle!"

[dasiro]

velen gaan er blijkbaar van uit dat dit in de praktijk toegepast zou kunnen worden, echter de tijd, materiaal, uitleesapparatuur, ... die nodig zijn om dit te maken is gewoon gigantisch.

als je dit gaat opschalen naar iets wat vergelijkbaar is met een 486, dan heb je geen zaal nodig zoals bij de eerste computer, maar een gans voetbalstadion.

dit is gewoon spelen met mogelijkheden, zonder een commercieel haalbaar doel. Net zoals ze in de woestijn rocket-cars laten rijden die door de geluidsmuur kunnen voor een paar seconden, alleen heb je daar dan nog wel een indrukwekkend resultaat

[roy-t]

ik voel mezelf toch echt wel superieur aan een 486, en ik ben toch ook een organische processor?

Ik denk dat dit nu nog eng is, en gek, en jaren weg, maar 20jaar geleden was een open hart operatie echt een last-resort, dat of dood gaan, en eindigde meestal in dood gaan, nu worden er soms meerdere per dag uitgevoerd in een ziekenhuis. Is het dan zo gek om over 20 of 30jaar jezelf als onderdeel voor de computer in jezelf te zien?

ik denk toch dat dit de toekomst is, weg lompe apparaten, op naar organische oplossingen volg de designwereld zeg maar.

[RocketKoen]

ik denk alleen niet dat deze logische poorten in de buurt komen van de snelheid die je met een paar transistoren kunt halen

[polytweaker]

ik denk alleen niet dat deze logische poorten in de buurt komen van de snelheid die je met een paar transistoren kunt halen

Ligt eraan hoe je kijkt... je hersencellen zijn ook veel trager dan transistoren, maar je hersens kunnen bepaalde taken veel sneller doen dan je met miljoenen transistoren kunt.
Zo kan ik me voorstellen dat een bakje dna ook heel snel parallel berekeningen kan doen die je met computers serieel moet doen. (of met een beperkt aantal processors)
Voorbeeld: Zoeken naar sleutels om encryptie te breken.