Forskare vid New York Universitys Courant Institute of Mathematical Sciences har skisserat en metod för att lagra program inuti DNA som förenklar nanoberäkning - beräkning på molekylär nivå. Medförfattare av Jessie Chang och Dennis Shasha, Stored Clocked Programs Inside DNA:A Simplifying Framework for Nanocomputing (Morgan och Claypool) beskriver hur man bygger miljontals DNA-program från vilka instruktioner kan skalas bort en i taget från varje program synkront.
Motivationen för detta arbete liknar den för lagrade program inuti din bärbara dator. Före datorer, det fanns mekaniska miniräknare där individer stansade nycklar enligt en procedur och en siffra skulle så småningom dyka upp. När miniräknare blev snabbare, det blev tydligt att det som behövde förbättras var stansprocessen, inte beräkningstakten. Att göra detta, de första datordesignerna lagrade programmen som innehöll "stansnings"-instruktioner inuti maskiner så att de kunde köras på egen hand. När dessa instruktioner väl har lagrats, hela beräkningen kunde köras med maskinens hastighet.
Lagrade klockade program Inside DNA erbjuder en väg för att göra samma sak för DNA-beräkning. Medan datorer förlitar sig på data lagrade i strängar med 0:or och 1:or, DNA – livets byggstenar – lagrar information i molekylerna ("baserna") som representeras av A, T, C, och G. Två enkelsträngar av DNA kommer att binda om varje A i en sträng är inriktad med varje T i den andra och på liknande sätt för Cs och Gs. Om bara några av baserna för sträng s1 är i linje med sina favoritpartners i s2, då kommer en annan sträng s3 med bättre inriktning att trycka s1 ur vägen. Detta fenomen med "förskjutning" gör det möjligt för forskare att skapa DNA-skulpturer och nanorobotar. Dock, som handhållna miniräknare, DNA-beräkning bygger för närvarande på att hälla provrör med DNA i ett större provrör med DNA, hindrar dess hastighet och gör användningen känslig.
I deras bok, Shasha och Chang erbjuder en metod för att lagra DNA-instruktioner i en kemisk lösning på ett sätt som gör att beräkningsprocessen kan köras enligt en global klocka som består av speciella DNA-strängar som kallas "tick" och "tock". Varje gång en "tick" och "tock" kommer in i ett DNA-rör frigörs en instruktionssträng från en instruktionsstack. Detta liknar hur en klockcykel i en elektronisk dator gör att en ny instruktion kommer in i en bearbetningsenhet. Så länge det finns trådar kvar på traven, nästa cykel kommer att släppa en ny instruktionssträng. Oavsett vilken sträng eller komponent som ska släppas i ett visst klocksteg, "tick" och "tock"-strängarna förblir desamma - i själva verket, fungerar som en automatiserad inmatningsenhet och avskaffar manuell datainmatning.
Aidan Daly, en Harvard-student på sommarpraktik vid NYU, arbetade med Shasha och Chang för att testa deras byggprocess i laboratoriet hos NYU Kemiprofessor Nadrian Seeman, som grundade och utvecklade området DNA-nanoteknik. Seemans skapelser – allt från tredimensionella DNA-strukturer till ett DNA-band – låter honom arrangera bitar och forma specifika molekyler i nanoskala med viss precision, liknande det sätt som en robotbilsfabrik kan få veta vilken typ av bil den ska tillverka.
