Bir Deney Tüpü İşlemci Olarak: DNA Molekülleri Problem Çözmeyi Nasıl Öğrendi

Makale, DNA hesaplamanın gelişimini izliyor. Belirli bir altı nükleotidlik dizide DNA'yı kesen ve moleküler özgüllüğü gösteren restriksiyon enzimi EcoRI ile başlıyor. Turing Ödülü sahibi ve Güney Kaliforniya Üniversitesi'nde profesör olan Leonard Adleman, 1993'te enzimatik tanımanın ve etkinin hesaplama oluşturduğunu fark etti. 1994'te Science dergisinde yedi şehirli bir grafikle Hamilton yolu problemini DNA moleküllerini kullanarak çözen bir deney yayınladı: her şehre rastgele 20 nükleotidlik bir dizi atandı ve bunları birbirine bağlamak için yol molekülleri inşa edildi. Ligasyon ve PCR doğru yolları filtreleyerek yaklaşık bir hafta içinde cevabı verdi. Qi Ouyang (maksimal klik, 1997) ve Ravinderjit Braich (20 değişkenli doğrulanabilirlik, 2002) tarafından yapılan daha sonraki çalışmalar yaklaşımı kanıtladı ancak bir duvara çarptı: olası yolların sayısı faktöriyel olarak arttığından, 200 şehir için gereken DNA kütlesi Dünya'nın kütlesini 10^328 kat aşardı. Milan Stojanovic'in MAYA otomatı (2003) DNAzimler kullanarak üç taş oyunu oynadı, ancak gürültü devreleri yaklaşık on kapıyla sınırladı. Bununla birlikte, DNA depolama üstün başarı gösterdi: Yaniv Erlich ve Dina Zielinski'nin "DNA çeşmesi" 2017'de 2,14 megabayt depoladı ve Lee Organick'in 2018'deki çalışması 200 megabaytlık bir havuzdan dosyalara rastgele erişim sağladı. Biyotıpta, sarmal değiştirme devreleri moleküler sinir ağlarını mümkün kıldı; Lulu Qian'ın grubu 2018'de MNIST rakamlarını hesaplama başına sekiz saat süren DNA tabanlı bir ağla sınıflandırdı. DNA, hız açısından silikonla rekabet edemese de, aşırı depolama yoğunluğu ve canlı hücrelerin içinde hesaplama yeteneği sunuyor.