Слайд 26
На следующем этапе необходимо выделить молекулы нужной длины, то есть те, что содержат ДНК-коды ровно четырех городов. Для этого используется гель-электрофорез, что позволяет отсортировать молекулы по длине. В результате мы получаем молекулы нужной длины (ровно четыре города), начинающиеся с кода Атланты и заканчивающиеся кодом Детройта.
Теперь необходимо убедиться, что в отобранных молекулах код каждого города присутствует только один раз. Эта операция реализуется с применением процесса, известного как affinity purification.
Для данной операции используется микроскопический магнитный шарик диаметром порядка одного микрона. К нему притягиваются комлементарные ДНК-коды того или иного города, которые выполняют функцию пробы. К примеру, если требуется проверить, присутствует ли в исследуемой ДНК-цепочке код города Бостона, то необходимо сначала поместить магнитный шарик в пробирку с ДНК-молекулами, соответствующими ДНК-кодам Бостона. В результате мы получим магнитный шарик, облепленный нужными нам пробами. Затем этот шарик помещается в пробирку с исследуемыми ДНК-цепочками — в результате к нему (за счет образования водородных связей между комплементарными группами) притянутся ДНК-цепочки, в которых присутствует комплементарный код Бостона. Далее шарик с отсортированными молекулами вынимается и помещается в новый раствор, из которого затем удаляется (при повышении температуры ДНК-молекулы отваливаются от шарика). Данная процедура (сортировка) повторяется последовательно для каждого города, и в результате мы получаем только те молекулы, в которых содержатся ДНК-коды всех городов, а значит, и маршруты, соответствующие гамильтонову пути. Фактически задача решена — осталось лишь просчитать ответ.
Эдлман продемонстрировал решение задачи поиска гамильтонова пути на примере всего семи городов и потратил на это семь дней. Это был первый эксперимент, продемонстрировавший возможности ДНК-вычислений. Фактически Эдлман доказал, что, пользуясь вычислениями на ДНК, можно эффективно решать задачи переборного характера, и обозначил технику, которая в дальнейшем послужила основой для создания модели параллельной фильтрации.
Впрочем, многие исследователи не испытывают оптимизма по поводу будущего биологических компьютеров.
Слайд 27
Проблемы:
Требуется чрезвычайно трудоёмкая серия реакций, проводимых под тщательным наблюдением.
Существует проблема масштабирования задачи.
Биокомпьютер Адлемана отыскивал оптимальный маршрут обхода для 7 вершин графа. Но чем больше вершин графа, тем больше биокомпьютеру требуется ДНК-материала.
Было подсчитано, что при масштабировании методики Адлемана для решения задачи обхода не 7 пунктов, а около 200, масса количества ДНК, необходимого для представления всех возможных решений превысит массу нашей планеты.
Слайд Спасибо за внимание!
Сегодня ДНК-вычисления — это не более чем перспективные технологии на уровне лабораторных исследований, причем в таком состоянии они будут находиться еще не один год. Фактически на современном этапе развития необходимо ответить на следующий глобальный вопрос: какой класс задач поддается решению при помощи ДНК и можно ли построить общую модель ДНК-вычислений, пригодную как для реализации, так и для использования?
Идеи Эдлмэна были подхвачены и развиты по многим направлениям другими учеными. Так, Ричард Липтон (Richard Lipton), специалист по вычислительной технике Принстонского университета, доказал, что компьютер, построенный на основе молекул ДНК, может быть использован для взлома систем шифрования, распространенных как в правительственных учреждениях, так и в частных корпорациях, имеющую 256 различных способов кодирования информации. Каждый из них предусматривает 16 этапов разупорядочивания исходного сообщения. Для одновременной проверки всех 256 ключей обычным суперкомпьютерам потребуются десятилетия. А вот всего 3 грамма молекул ДНК в растворе, похоже, могут вполне справиться с этой задачей и потребуется им на это около 4 месяцев. На сегодняшний день ДНК-компьютеры позволяют "взломать" код с 72 квадриллионами возможных комбинаций.