DNA służy przechowywaniu informacji genetycznej u wszystkich znanych nam żywych organizmów. W badaniach nad biokomputerami prym dotychczas wiódł jednakże drugi z wykorzystywanych przez naturę kwasów nukleinowych – RNA. Wynikało to z faktu, że RNA może być nie tylko nośnikiem informacji, ale również, odpowiednio ukształtowane, wykazuje właściwości katalityczne, działając jak enzym, który może zmieniać stan zapisanej informacji.
Jednak opublikowane niedawno badania zdają się sugerować, że również nasze DNA może stanowić podstawę do budowy maszyn obliczeniowych. DNA występuje zwykle w postaci podwójnej helisy, jednak może tworzyć, na krótkich odcinkach, również inne struktury przestrzenne. Jedną z nich jest tzw. i-Motif.
Pojedyncze DNA może „zwijać się” w i-Motif po dodaniu kwasu do środowiska w którym się znajduje i powracać do „rozwiniętej” formy jeśli dodamy zasady. Można to uznać za odpowiednik wyłączonego i włączonego tranzystora – w tym wypadku jednak zamiast ilości elektronów dopływających do tranzystora, jego stan zależy od stężenia jonów H+ (kwasowości środowiska).
Takie zmiany kształtu („konformacji”) DNA mogą być używane nie tylko do reprezentowania stanów logicznych (jedynka i zero), ale również jako źródło napędu. Już w 2011 roku zbudowano w ten sposób „chodzące” DNA. Można również wykorzystać w ten sposób kwas nukleinowy jako wskaźnik, który zmieniał będzie swoją formę w zależności od pH środowiska.
Na czym polega jednak ostatnia innowacja? Badacze z University of East Anglia, pod przewodnictwem Zoë Waller zauważyli, że po dodaniu kolejnych jonów dodatnich, tym razem miedzi, struktura i-Motif zmienia się w znaną doskonale biologom strukturę typu hairpin, czyli „spinki do włosów”.
Zmiana ta również jest odwracalna, po dodaniu wiążącego kationy metali związku EDTA, bardzo podobnego do znanego z proszków do prania związku TAED. Dzięki temu, że udało się uzyskać trzy różne stany, łatwo odwracalne na dwa różne sposoby, możliwości użycia DNA w biokomputerach i nanotechnologii znacznie się zwiększyły.
Przy okazji warto wspomnieć o niedawnym badaniu naukowców z goszczącej coraz częściej na naszych łamach Politechniki Federalnej w Zurychu. Uczeni ze Szwajcarii postanowili przetestować wytrzymałość DNA jako nośnika informacji. W tym celu zakodowaną w postaci nici kwasu deoksyrybonukleinowego informację umieszczono w krzemionkowych sferach po czym ogrzewano, co miało symulować przechowywanie zawierających DNA sfer przez 2 tysiące lat. Po zakończeniu przyspieszonego starzenia wiadomość zapisaną w DNA odczytano i ku powszechnemu zdumieniu nie odnaleziono w niej żadnych błędów.
Poniżej zobaczyć można prezentację badań z University of East Anglia, z której pochodzą również grafiki użyte wcześniej w artykule.
22
