Tabung Reaksi sebagai Prosesor: Bagaimana Molekul DNA Belajar Memecahkan Masalah

Artikel ini menelusuri perkembangan komputasi DNA. Dimulai dengan enzim restriksi EcoRI, yang memotong DNA pada urutan enam nukleotida spesifik, menunjukkan spesifisitas molekuler. Leonard Adleman, pemenang Turing Award dan profesor di Universitas California Selatan, menyadari pada tahun 1993 bahwa pengenalan dan aksi enzimatik merupakan komputasi. Pada tahun 1994, ia menerbitkan eksperimen di Science yang memecahkan masalah jalur Hamiltonian dengan grafik tujuh kota menggunakan molekul DNA: setiap kota diberi urutan 20 nukleotida acak, dan molekul jalan dibangun untuk menghubungkannya. Ligasi dan PCR menyaring jalur yang benar, menghasilkan jawaban dalam waktu sekitar seminggu. Penelitian lebih lanjut oleh Qi Ouyang (klik maksimal, 1997) dan Ravinderjit Braich (kepuasan dengan 20 variabel, 2002) membuktikan pendekatan tersebut tetapi menemui hambatan: jumlah jalur yang mungkin tumbuh secara faktorial, sehingga untuk 200 kota, massa DNA yang dibutuhkan akan melebihi massa Bumi sebanyak 10^328 kali. Automaton MAYA karya Milan Stojanovic (2003) bermain tic-tac-toe menggunakan DNAzyme, tetapi kebisingan membatasi sirkuit hingga sekitar sepuluh gerbang. Namun, penyimpanan DNA unggul: 'air mancur DNA' karya Yaniv Erlich dan Dina Zielinski menyimpan 2,14 megabyte pada tahun 2017, dan karya Lee Organick tahun 2018 mencapai akses acak ke file dari kumpulan 200 megabyte. Dalam biomedis, sirkuit perpindahan untai memungkinkan jaringan saraf molekuler; kelompok Lulu Qian pada tahun 2018 mengklasifikasikan digit MNIST dengan jaringan berbasis DNA yang membutuhkan delapan jam per komputasi. Meskipun tidak bersaing dengan silikon dalam kecepatan, DNA menawarkan kepadatan penyimpanan yang ekstrem dan kemampuan untuk menghitung di dalam sel hidup.