Akhirnya Komputer DNA Dapat Diprogramkan Dengan Sebenarnya

DNA DIHARAPKAN untuk menyelamatkan kita dari kebiasaan komputasi.

Dengan kemajuan menggunakan silikon petering, komputer berbasis DNA memegang janji arsitektur komputasi paralel besar yang tidak mungkin hari ini.

Tetapi terdapat masalah: Sirkuit molekul yang dibangun sejauh ini tidak mempunyai fleksibilitas sama sekali. Hari ini, memakai DNA untuk menghitung yaitu “seperti harus membangun komputer baru dari hardware baru hanya untuk menjalankan software baru,” kata seorang ilmuwan komputer bernama David Doty. Jadi Doty, yang merupakan seorang profesor di UC Davis, dan rekan-rekannya berangkat untuk melihatkan apa yang dibutuhkan untuk mengimplementasikan komputer DNA yang sebetulnya dapat diprogram ulang.

Sebagaimana yang telah dirinci dalam suatu makalah yang diterbitkan minggu ini di Nature, Doty dan rekan-rekannya dari Caltech dan Universitas Maynooth menunjukkan hal itu. Mereka mengindikasikan bahwa mungkin saja untuk memakai pemicu simpel untuk membujuk set molekul DNA dasar yang sama untuk mengimplementasikan sekian banyak  algoritma. Meskipun riset ini masih mempunyai sifat eksplorasi, algoritma molekuler yang bisa diprogram ulang dapat dipakai di masa mendatang untuk memprogram robot DNA, yang telah sukses mengirim obat ke sel kanker.

“Hal ini merupakan salah satu makalah penting yang terdapat di lapangan,” kata Thorsten-Lars Schmidt, asisten profesor untuk biofisika eksperimental di Universitas Negeri Kent yang tidak terlibat dalam penelitian. “Ada perakitan diri algoritmik sebelumnya, namun tidak pada tingkat kompleksitas ini.”

Di komputer elektronik seperti yang Anda pakai untuk membaca tulisan ini, bit adalah unit informasi biner yang memberi tahu komputer apa yang mesti dilakukan. Mereka mewakili keadaan fisik diskrit dari perlengkapan keras yang mendasarinya, seringkali ada atau tidak adanya arus listrik. Bit-bit ini, atau lebih tepatnya sinyal-sinyal listrik yang mengimplementasikannya, dilewatkan melewati sirkuit yang terdiri dari gerbang logika, yang mengerjakan operasi pada satu atau lebih bit input dan menghasilkan satu bit sebagai output.

Dengan menggabungkan blok bangunan sederhana ini berulang-ulang, komputer bisa menjalankan program yang paling canggih. Gagasan di balik komputasi DNA adalah untuk menggantikan ikatan kimia untuk sinyal listrik dan asam nukleat terhadap silikon untuk menciptakan software biomolekul. Berdasarkan keterangan dari Erik Winfree, seorang ilmuwan komputer di Caltech dan rekan penulis makalah tersebut, algoritma molekuler memanfaatkan kapasitas pemrosesan informasi alami yang dimasukkan ke dalam DNA, namun alih-alih tidak mempedulikan alam mengambil kendali, katanya, “perhitungan mengendalikan proses pertumbuhan. ”

Selama 20 tahun terakhir, beberapa percobaan telah memakai algoritma molekuler untuk mengerjakan hal-hal seperti bermain tic-tac-toe atau merakit berbagai bentuk. Dalam setiap kasus, urutan DNA mesti dirancang dengan susah payah guna menghasilkan satu algoritma spesifik yang akan menghasilkan struktur DNA. Apa yang berbeda dalam urusan ini adalah bahwa semua peneliti merancang sistem di mana potongan-potongan dasar DNA yang sama bisa dipesan untuk menata diri mereka sendiri untuk menghasilkan algoritma yang sama sekali berbeda — dan oleh sebab itu, produk akhir yang sama sekali berbeda.

Prosesnya dibuka dengan origami DNA, kiat melipat sepotong panjang DNA menjadi bentuk yang diinginkan. Potongan DNA yang terlipat ini bermanfaat sebagai “benih” yang mengawali jalur perakitan algoritmik, serupa dengan teknik string yang dicelupkan ke dalam air gula beraksi sebagai embrio ketika menempatkan permen batu. Benih mayoritas tetap sama, terlepas dari algoritma, dengan evolusi yang diciptakan hanya beberapa urutan kecil di dalamnya untuk setiap eksperimen baru.

Setelah semua peneliti menciptakan benih, itu ditambahkan ke penyelesaian sekitar 100 untai DNA lainnya, yang dikenal sebagai ubin DNA. Ubin ini, masing-masingnya terdiri dari rangkaian unik dari nukleobase 42 (empat senyawa biologis dasar yang menyusun DNA), diambil dari koleksi 355 ubin DNA yang lebih banyak yang diciptakan oleh semua peneliti. Untuk menciptakan algoritma yang berbeda, semua peneliti bakal memilih kelompok ubin awal yang berbeda. Jadi algoritma molekuler yang mengimplementasikan jalan random membutuhkan kumpulan ubin DNA yang berbeda dari algoritma yang dipakai untuk menghitung. Saat ubin DNA ini terhubung sekitar proses perakitan, mereka menyusun sirkuit yang mengimplementasikan algoritma molekuler yang dipilih pada bit input yang disediakan oleh seed.

Dengan memakai sistem ini, semua peneliti membuat 21 algoritma berbeda yang dapat mengerjakan tugas-tugas seperti mengenali kelipatan tiga, memilih pemimpin, menghasilkan pola, dan menghitung sampai 63. Semua algoritma ini diimplementasikan memakai kombinasi berbeda dari 355 ubin DNA yang sama.

Menulis kode dengan membuang ubin DNA dalam tabung eksperimen jauh dari fasilitas mengetik pada keyboard, tentu saja, tetapi hal tersebut adalah model untuk iterasi komputer DNA luwes di masa depan. Memang, jika Doty, Winfree, dan Woods berhasil, programmer molekuler masa mendatang bahkan tidak butuh memikirkan biomekanik yang mendasari program mereka, seperti halnya programmer komputer ketika ini tidak perlu mengetahui fisika transistor untuk mencatat software yang bagus.

Eksperimen ini merupakan sains dasar yang sangat murni, bukti konsep yang menghasilkan hasil yang indah, meskipun tidak berguna. Tetapi menurut keterangan dari Petr Sulc, asisten profesor di Institut Biodesign Arizona State University yang tidak terlibat dalam penelitian, development algoritma molekuler yang bisa diprogram ulang untuk perakitan skala nano membuka pintu untuk berbagai software potensial. Sulc menganjurkan bahwa kiat ini suatu hari nanti mungkin bermanfaat untuk penciptaan pabrik skala nano yang merakit molekul atau robot molekul untuk ekspedisi obat. Dia mengatakan hal tersebut mungkin juga berkontribusi pada development bahan nanofotonik yang bisa membuka jalan untuk komputer menurut cahaya, bukan elektron.

“Dengan jenis-jenis algoritma molekuler ini, suatu hari kita mungkin dapat merakit objek perumahan pada tingkat skala nano memakai perangkat genteng yang bisa diprogram secara umum, seperti halnya sel-sel hidup bisa berkumpul menjadi sel tulang atau sel neuron melulu dengan memilih protein mana yang diekspresikan , ”Kata Sulc.

Kasus pemakaian potensial dari kiat perakitan skala nano ini membingungkan pikiran, namun prediksi ini pun didasarkan pada pemahaman anda yang relatif terbatas mengenai potensi laten di dunia skala nano. Lagi pula, Alan Turing dan nenek moyang ilmu komputer yang lain nyaris tidak dapat memprediksi Internet, jadi mungkin beberapa software yang sama-sama tak tersangka untuk ilmu komputer molekuler pun menunggu kita.

 

Comments are closed.

Proudly powered by WordPress
Theme: Esquire by Matthew Buchanan.

Please wait...

Subscribe to our newsletter

Ingin mendapatkan Artikel Terbaru setiap minggunya? Daftarkan email kamu sekarang juga.