Student World

V současnosti se vývoj DNA počítačů odehrává především ve dvou směrech. Problém obchodního cestujícího, který stál u počátku výzkumu DNA počítačů, byl řešen pomocí molekul DNA pohybujících se v roztoku. Druhý směr výzkumu se snaží realizovat příslušné procesy spíše na pevných površích.
Na univerzitě v americkém Wisconsinu se v roli povrchu experimentuje se skleněnými destičkami, nechybí ani pokusy připravit pro nukleovou kyselinu nosič obsahující zlato. Samozřejmostí je pak možnost použití bílkovin jako nosiče pro nukleové kyseliny. Na jednu stranu se tím sice údajně zvyšuje stabilita molekul nukleových kyselin, na druhé straně však tyto bílkoviny mohou vykazovat i nějaký neplánovaný enzymatický účinek.
Výsledkem tohoto procesu by nakonec měla být jakási sada postupů, která bude odpovídat zcela obecným operacím. Určitý typ chemické reakce by např. mohl odpovídat jednomu typu matematické operace. Pro DNA počítače by tak měla být vypracována jakási obdoba assembleru, přičemž instrukce by se od té chvíle realizovaly automaticky na jakési obdobě dnešního čipu.
Zajímavým směrem je rovněž realizace DNA počítače přímo v živých buňkách, tedy jakási obdoba biologických počítačů. Podle článku v The Chronicle of Higher Education je např. uzel programu možno realizovat jako rozdíl v procesech syntézy DNA u zdravých bacilů Escherichia coli a u těchto mikrobů infikovaných nějakým virem.
Určitým problém DNA strojů je samozřejmě zajištění vratnosti. Zatímco obousměrný přechod mezi stavy nabito-nenabito je v klasických počítačích realizovatelný poměrně snadno, vratnost chemických reakcí a regenerace původní DNA je záležitostí neskonale složitější. Stávající DNA počítače zatím nepracují v cyklu, musíme do nich dodávat nejen energii, ale i pracovní materiál.
Nezanedbatelnou otázkou je také ekonomická stránka problému. V první řadě se jedná o prostředky vynaložené na výzkum. Stávající projekty probíhají především za grantové podpory americké National Science Foundation, ale třeba také z peněz Pentagonu. Z hlediska amerického ministerstva obrany jsou samozřejmě klíčové především ty aplikace využití molekulárních počítačů, které mají nějaký vztah k otázce šifer. Sporná je ale také ekonomická stránka věci při případném budoucím rutinním provozu DNA, kde existuje celá řada navzájem protichůdně působících faktorů: nízká spotřeba energie, časová náročnost, otázka míry potřebné lidské práce, nejistá znovupoužitelnost materiálu. V živých organismech existuje obrovské množství nukleových kyselin, vstupního materiálu je ovšem dostatek pouze zdánlivě, protože pro využití v DNA počítačích je z řady důvodů třeba používat sekvence syntetizované uměle.
Kromě řešení obtížně vyčíslitelných problémů se nabízejí i další možné aplikace. DNA počítače by v budoucnu např. mohly přímo číst informace uložené v DNA živých organizmů bez nutnosti provádět překlad mezi dvěma jazyky (mezi logikou reprezentovanou jedničkami a nulami a mezi systémem založeným na párování nukleotidů). Počítače založené na DNA by také mohly snadno provádět kontrolu biometrických údajů, takže by např. dokázaly jednoduše identifikovat uživatele na základě jeho libovolné buňky obsahující právě DNA. Molekulární počítače by se mohly stát základem nové generace miniaturních robotů, třebaže stávající stupeň miniaturizace zatím neodpovídá požadavkům, které by byly kladeny na skutečné nanotechnologie.
I pokud by se ale nakonec ukázalo, že praktické potíže při konstrukci DNA počítačů jsou příliš velké až nepřekonatelné, celý obor minimálně zvyšuje míru přesnosti, s níž chápeme chování nukleových kyselin a tedy samotné replikační mechanismy, jimž podléhají živé organismy. Protože pro provádění operací s nukleovými kyselinami se používají enzymy, získá se při výzkumu jednak velké množství dat o těchto molekulách, jednak mohou být připraveny i v organismu se přirozeně nevyskytující látky s významným katalytickým účinkem.
Výzkum na poli molekulárního computingu bude tedy představovat minimálně přínos pro genetiku, biochemii a molekulární a evoluční biologii. Nasnadě je také možné využití získaných poznatků v lékařství. Na druhé straně: právě to, že mnohdy ještě přesně nerozumíme všem procesům, které se odehrávají v živých organismech, nám na druhé straně působí překážky i při konstrukci DNA počítačů.

autor Pavel Houser