Nu kommer DNA-datorn: Blir ettor och nollor A, T, C och G ?
av Leif Bergström Forum 1995-08-09, sida 25, 08.06.1995
Nu kommer DNA-datorn: Blir ettor och nollor
A, T C och G ?2
NEW YORK. Glöm artificiell intelligens, som ännu inte motsvarat de tidiga förväntningarna. Och artificiellt liv har i de flesta fall inte visat sig vara mer än en intellektuellt stimulerande lek. Men nu kommer datorteknikens nyaste gren: biokemiska datorer, som på allvar kan sudda ut gränserna mellan liv och maskin. Datorer baserade på ett provrör fyllt med DNA.
etta är inte bara en flimsig framtids dröm. Professor Leonard Adlema vid University of Southern Califor nia publicerade i vintras resultat av ett ex eriment han utfört med hjälp av världens örsta framgångsrika DNA-dator.
Han löste ett klassiskt datorproblem:
En försäljare måste besöka sju olika städer. Varje stad är förbunden med vägar till endast två av de andra städerna. Vil ken är försäljarens kortaste möjliga resrue
Adlemans provrörsdator löste problemelpåen vecka. Uppgiften tar en konventionell elektronisk dator flera år.
Strax efter Adelmans rapportbreddade Richard Lipton vid Princeton University kollegans foncept och pekade på möjligheten att med DNA-datorer knäcka det av det amerikanska försvaret utvecklade schiffreringssystemet Data — Encryption Standard. DES används idag av banker och företag för att undgå industrispionage, lika väl som av myndigheterna. Det hade tills helt nyligen ansetts idiotsäkert.
A, TT, C och G är trumf
Hemligheten bakom DNA-datorernas potential ligger i strukturen hos detta livets urämne. Medan elektroniska datorer utför sina uppgifter genom att kombinera kedjor av nollor och ettor, består DNA av fyra olika molekyler, kallade A, T, C och G. Åklagare och labbtekniker i den änd leif Bergströ lösa mordrättegången mot den amerikanska fotbollsstiärnan O. J. Simpson har med stor möda försökt förklara för juryn hur naturen kombinerar dessa molekyler i omisskänliga kedjor.
Dataforskare säger at DNA-molekylerna syntetiskt kan kombineras i önskad ordning. Om olika kombinationer tillåts reagera med vorandra, kommer de att forma nya kombinationer — och i ett rätt uppställt experiment ge lösningen på ett komplicerat matematiskt problem.
DNA-bokstäver redskap
I sitt experiment gav Adleman varje stad ett namn bestående av 20 DNA-bokstöver. Han gav varje väg ett namn på 20 bokstäver — där de tio första syftade på avresestaden och de tio sista visade destinationen. I provröret blandades miljarder kopior av stads-DNA och väg-DNA. De reagerade som DNA gör: de blandade sig och förenade sig med andra DNAkedjor och formade alla upptänkliga kombinationer. Adleman behövde nu bara finna den kedja som började med den fiktiva försäljarens utgångsstad, slutade med hans sista stad — och döremellan innehöll bokstavskombinationer från alla de andra städerna.
Snabbseminarium i Princeton
Hans rapport väckte stor uppmärksamhet bland forskare. Men det var Liptons försök att beskriva vidare applikationer som på allvar väckte intresset. I april samlades 200 datorforskare, fysiker, kemister och molekylbiologer till ett i hast sammankallat seminarium på Princeton-universitetet. Mötet ses som den nya disciplinens akademiska födelse. Och entusiasmen var så stor att Lipton sade — Slussdörrarna har nu öppnats. Jag har aldrig sett så mycket aktivitet inom ett nytt fält.
Adleman var närmast filosofisk — Vi är vana att betrakta en dator som en fysiskt framställd anordning. Men det är möjligt att DNA inte är den enda nya datortypen. Jag misstänker att det finns en massa olika typer av datorer i naturen.
Han döpte sin första DNA-dator till TT100. Namnet tog han från en engelsk förkortning av ordet “provrör” och från det faktum att detta provrör innehöll 100 mikroliter DNA.
Ingen forskare tror att DNA-datorn kommer alt konkurrera ut den konventionella datorn. Men entusiasterna tror att de två kan komma att komplettera varandra. Den elektroniska datorn utför varje uppgift betydligt snabbare och kan programmeras för olika uppgifter med relativt enkla angentkombinationer. DNA-datorn är förhållandevis långsam, och varje nytt problem kräver — åtminstone ännu — ett unikt uppställt experiment. Men teknikens styrka ligger i ett enormt antal DNAmolekylers förmåga att simultant lösa ett problem. I elektroniska datorer kan maximalt tusentals mikroprocessorer parallell kopplas i vad vi med förundran kallar en superdator. DNA-datorn kan samtidigt utföra miljarder räkneuppgifter — tala om en massivt parallell dator!
Superminne utan like?
Dr Eric Baum tror att en av DNA:s mest lovande tillämpningar är som minnessystem. Om data omvandlas till DNA-ko er kunde ett sådant minne rymma mer data än alla elektroniska minnen tillsammans. Ett provrör kunde rymma 10'4 ord. Den mänskliga hjärnan anses ha förmågan att lagra en miljon ord. En liten mängd DNA i ett provrör skulle ha åtminstone en miljon gånger hjärnans minneskapacitet. Människokroppen innehåller totalt 300 gram ren DNA.
Dr Warren Smith tillhörde en mycket liten minoritet vid Princeton-seminariet som sökte dämpa den till synes ohejdade entusiasmen. Smith påpekade att det kan vara klokt att avvakta resultaten från en rad experiment innan man drar långtgående slutsatser om ett helt nytt fälts möjligheter. Bland annat påpekade han alt också DNA har en rad inbyggda svagheter. En av dem är DNA:s benägenhet att brytas ned på grund av angrepp från föroreningar och tid.
Riskförvaring?
Detta var tidigt ett av försvarsadvokaternas främsta argument i deras försök att illbakavisa myndigheternas DNA-test i Simpson-fallet. Smith påpekade att nedbrytningen av DNA i en dator också skulle kunna leda till förlust av enorma mängder data.
Lipton är ändå obotlig optimist.
— Om jag skulle få 10 miljoner dollar ör att inhandla en superdator inom ett år, skulle jag förmodligen kontakta den konventionella superdatortillverkaren Cray’s. Men om jag skulle få fem år på mig skulle jag noga granska DNA-teknikens möjligheter. €
Leif Bergström rakborterar här från japanska datortillverkaren NEC:s amerikanska forskningslaboratoriu 25