Datavetare vid University of California, Davis, Maynooth University i Irland och California Institute of Technology har skapat DNA-molekyler som kan sätta ihop sig själva till mönster huvudsakligen genom att köra sitt eget program. Verket publiceras 21 mars i tidskriften Natur .

"Det slutliga målet är att använda beräkningar för att växa strukturer och möjliggöra mer sofistikerad molekylär ingenjörskonst, sa David Doty, biträdande professor i datavetenskap vid UC Davis och medförfattare på tidningen.

Systemet är analogt med en dator, men istället för att använda transistorer och dioder, den använder molekyler för att representera ett sexbitars binärt tal (till exempel, 011001). Teamet utvecklade en mängd olika algoritmer som kan beräknas av molekylerna.

"Vi blev förvånade över mångsidigheten hos algoritmer vi kunde designa, trots att den är begränsad till sex-bitars ingångar, " sa Doty. Forskarna kunde designa och köra 21 algoritmer under experimentets gång, visa systemets potential, han sa.

Arbetade initialt som postdoktorer med professor Erik Winfree vid Caltech, Doty och medförfattare Damien Woods, nu vid Maynooth University, designade ett bibliotek med korta stycken, eller kakel, av DNA. Varje DNA-bricka består av 42 baser (A, C, G eller T) arrangerade i fyra domäner om 10-11 baser. Varje domän kan representera en 1 eller 0 och kan hålla sig till några av domänerna på andra brickor. Inga två brickor är en komplett match.

Två av de fyra domänerna på varje ruta är "indata, " och två "utgångar." I en elektronisk diod, transistor eller logisk gate, ett värde på 0 eller 1 vid ingången (eller ingångarna) ger ett känt värde vid utgången. Liknande, beroende på vilka brickor forskarna valde för att påbörja sitt program, de kunde få en känd utgång i andra änden.

Börjar med de ursprungliga sex inmatningsbitarna, systemet lägger till rad efter rad med molekyler, köra algoritmen progressivt. Istället för att elektricitet flödar genom kretsar, rader av DNA-strängar som klibbar ihop utför beräkningen.

Det är snarare som att ha en uppsättning legoklossar, några av dem kommer spontant att hålla sig till andra tegelstenar. Välj en uppsättning tegelstenar att börja med, blanda ihop dem och se dem självmontera till en struktur.

Slutresultatet av programmet är något som en stickad halsduk av DNA, gjord av brickor som klistrats ihop i ett mönster satt av originalprogrammet. Resultaten avläses med ett atomkraftmikroskop, som detekterar en markörmolekyl fäst vid DNA:t.

Teamet kunde demonstrera algoritmer för en mängd olika uppgifter, inklusive räkneövningar, slumpmässiga promenader och ritmönster som sicksack, diamanter och en dubbelhelix i DNA:t.

Doty och Woods började arbetet som teoretiska datavetare, så de var tvungna att behärska några "wet lab"-färdigheter. I framtiden, molekylär programmering kan fungera på en högre nivå, sa Winfree. Dagens kodare behöver inte förstå transistorfysik, till exempel.

Vid UC Davis, Doty arbetar nu med teoretiska aspekter av molekylär programmering. DNA är av speciellt intresse eftersom det både representerar information i molekylär form, och det är relativt lätt att arbeta med, han sa.

"Det är en fantastisk gåva som molekylärbiologerna har gett oss datavetare, " han sa.