✖


Jump to content

ДНК-вычисления

Биосовместимое вычислительное устройство: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК).

ДНК-вычисления — это новая отрасль нетрадиционных вычислений используются аппаратные средства ДНК , биохимии и молекулярной биологии , в которой вместо традиционных электронных вычислений . Исследования и разработки в этой области касаются теории, экспериментов и приложений вычислений ДНК. Хотя эта область первоначально началась с демонстрации вычислительного приложения Леном Адлеманом в 1994 году, теперь она расширилась до нескольких других направлений, таких как разработка технологий хранения данных, [1] [2] [3] методы наномасштабной визуализации, [4] [5] [6] синтетические контроллеры и реакционные сети, [7] [8] [9] [10] и т. д.

История [ править ]

Леонард Адлеман из Университета Южной Калифорнии впервые разработал это направление в 1994 году. [11] Адлеман продемонстрировал доказательство концепции использования ДНК в качестве формы вычислений, которая решила проблему гамильтонового пути из семи точек . Со времени первых экспериментов Адлемана произошел прогресс, и различных машин Тьюринга . была доказана возможность создания [12] [13]

С тех пор эта область расширилась на несколько направлений. В 1995 году идею памяти на основе ДНК предложил Эрик Баум. [14] который предположил, что огромное количество данных может храниться в крошечном объеме ДНК благодаря ее сверхвысокой плотности. Это расширило горизонт вычислений ДНК в области технологий памяти, хотя демонстрации in vitro были проведены почти десять лет спустя.

Область ДНК-вычислений можно отнести к подобласти более широкой области нанонауки о ДНК, начатой ​​Недом Симаном примерно за десять лет до демонстрации Лена Адлемана. [15] Первоначальная идея Неда в 1980-х годах заключалась в создании произвольных структур с использованием восходящей самосборки ДНК для применения в кристаллографии. Однако она трансформировалась в область структурной самосборки ДНК. [16] [17] [18] который по состоянию на 2020 год чрезвычайно сложен. В 2018 году были продемонстрированы самоорганизующиеся структуры высотой от нескольких нанометров до нескольких десятков микрометров.

В 1994 году группа профессора Симана продемонстрировала ранние решетчатые структуры ДНК, используя небольшой набор компонентов ДНК. Хотя демонстрация Адлемана показала возможность создания компьютеров на основе ДНК, конструкция ДНК была тривиальной, поскольку по мере роста числа узлов в графе количество компонентов ДНК, необходимых в реализации Адлемана, росло экспоненциально. Поэтому ученые-компьютерщики и биохимики начали изучать сборку плиток, целью которой было использовать небольшой набор нитей ДНК в качестве плиток для выполнения произвольных вычислений при росте. Другие направления, которые были теоретически исследованы в конце 90-х годов, включают безопасность на основе ДНК и криптографию. [19] вычислительная мощность систем ДНК, [20] ДНК-память и диски, [21] и робототехника на основе ДНК. [22]

До 2002 года Лила Кари показала, что операции ДНК, выполняемые путем генетической рекомбинации в некоторых организмах, являются полными по Тьюрингу. [23]

В 2003 году группа Джона Рейфа впервые продемонстрировала идею ходунка на основе ДНК, который перемещался по рельсам, подобно роботу, следующему за линией. Они использовали молекулярную биологию в качестве источника энергии для шагающего. С момента этой первой демонстрации было продемонстрировано большое количество ходунков на основе ДНК.

Приложения, примеры и последние разработки [ править ]

В 1994 году Леонард Адлеман представил первый прототип ДНК-компьютера. ТТ -100 представлял собой пробирку, наполненную 100 микролитрами раствора ДНК. Ему удалось решить пример задачи о направленном гамильтоновом пути . [24] В эксперименте Адлемана гамильтонова проблема пути была реализована условно как « задача коммивояжера ». Для этого были созданы разные фрагменты ДНК, каждый из которых представлял собой город, который нужно было посетить. Каждый из этих фрагментов способен связываться с другими созданными фрагментами. Эти фрагменты ДНК были получены и смешаны в пробирке . За считанные секунды маленькие фрагменты образуют более крупные, представляющие различные маршруты путешествия. В результате химической реакции фрагменты ДНК, представляющие более длинные пути, были удалены. Останки являются решением проблемы, но в целом эксперимент длился неделю. [25] Однако текущие технические ограничения не позволяют оценить результаты. Таким образом, эксперимент не подходит для применения, но тем не менее является подтверждением концепции .

Комбинаторные задачи [ править ]

Первые результаты по этим проблемам были получены Леонардом Адлеманом .

Игра «Крестики-нолики» [ править ]

В 2002 году Дж. Макдональд, Д. Стефанович и М. Стоянович создали ДНК-компьютер, способный играть в крестики-нолики против игрока-человека. [26] Калькулятор состоит из девяти ячеек, соответствующих девяти квадратам игры. Каждый контейнер содержит субстрат и различные комбинации ДНК-ферментов. Сам субстрат состоит из цепи ДНК, к которой на одном конце привита флуоресцентная химическая группа, а на другом конце — репрессорная группа. Флуоресценция активна только в том случае, если молекулы субстрата разрезаны пополам. Ферменты ДНК моделируют логические функции . Например, такая ДНК развернется, если ввести два конкретных типа цепи ДНК для воспроизведения логической функции И.

По умолчанию считается, что первым на центральной площади сыграл компьютер. Игрок-человек начинает с восьми различных типов цепей ДНК, соответствующих восьми оставшимся полям, в которые можно играть. Чтобы разыграть коробку номер i, игрок-человек складывает во все контейнеры нити, соответствующие входу #i. Эти нити связываются с определенными ферментами ДНК, присутствующими в бункерах, что приводит в одном из этих бункеров к деформации ферментов ДНК, которые связываются с субстратом и разрезают его. Соответствующая ячейка становится флуоресцентной, указывая, в какую коробку играет ДНК-компьютер. Ферменты ДНК распределены по контейнерам таким образом, чтобы гарантировать, что лучшее, чего может добиться игрок-человек, — это ничья, как в настоящих крестиках-ноликах.

Вычисления на основе нейронных сетей [ править ]

Кевин Черри и Лулу Цянь из Калифорнийского технологического института разработали искусственную нейронную сеть на основе ДНК, которая может распознавать 100-битные рукописные цифры. Они достигают этого путем предварительного программирования на компьютере соответствующего набора весов, представленных молекулами веса различной концентрации, которые позже будут добавлены в пробирку, содержащую входные нити ДНК. [27] [28]

Повышенная скорость благодаря локализованным (кэш- вычислениям подобным )

Одной из проблем вычислений на ДНК является их скорость. Хотя ДНК в качестве субстрата биологически совместима, т.е. ее можно использовать там, где кремниевая технология невозможна, скорость ее вычислений все еще очень низкая. Например, на выполнение схемы извлечения квадратного корня, используемой в качестве эталона в полевых условиях, потребовалось более 100 часов. [29] В то время как новые способы использования внешних источников ферментов обеспечивают более быстрые и компактные схемы, [30] Чаттерджи и др. продемонстрировал интересную идею в этой области по ускорению вычислений с помощью локализованных цепей ДНК, [31] концепция, которая далее изучается другими группами. [32] Эта идея, первоначально предложенная в области компьютерной архитектуры, была принята и в этой области. В компьютерной архитектуре очень хорошо известно, что если инструкции выполняются последовательно, их загрузка в кэш неизбежно приведет к повышению производительности, что также называется принципом локализации. Это связано с тем, что при использовании инструкций в быстрой кэш-памяти нет необходимости загружать их в основную память и из нее, что может быть медленным. Аналогичным образом, при локализованных вычислениях ДНК цепи ДНК, ответственные за вычисления, фиксируются на подложке, напоминающей макет, что обеспечивает физическую близость вычислительных ворот. Показано, что такие методы локализованных вычислений на ДНК потенциально сокращают время вычислений на порядки .

вычисления ДНК обратимые Возобновляемые ( или )

Последующие исследования ДНК-вычислений привели к появлению обратимых ДНК-вычислений , что приблизило эту технологию на один шаг к вычислениям на основе кремния, используемым (например) в ПК . В частности, Джон Рейф и его группа из Университета Дьюка предложили два разных метода повторного использования вычислительных комплексов ДНК. В первом проекте используются ворота дцДНК, [33] в то время как во втором дизайне используются шпильковые комплексы ДНК. [34] Хотя обе конструкции сталкиваются с некоторыми проблемами (например, утечками реакций), это, похоже, представляет собой значительный прорыв в области вычислений на ДНК. Некоторые другие группы также пытались решить проблему повторного использования ворот. [35] [36]

Обратимые предложения с использованием реакций смещения цепи (SRD) представлены в статье «Стратегия синтеза обратимых цепей на ДНК-компьютерах». [37] для реализации обратимых вентилей и схем на ДНК-компьютерах путем объединения методов ДНК-вычислений и обратимых вычислений. В данной статье также предлагается универсальная библиотека обратимых вентилей (URGL) для синтеза n-битных обратимых схем на ДНК-компьютерах со средней длиной и стоимостью построенных схем лучше, чем предыдущие методы.

Методы [ править ]

Существует несколько методов создания вычислительного устройства на основе ДНК, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Большинство из них строят базовые логические элементы ( И , ИЛИ , НЕ ), связанные с цифровой логикой , на основе ДНК. Некоторые из различных оснований включают ДНКзимы, дезоксиолигонуклеотиды , ферменты и обменные механизмы.

Механизмы смещения прядей [ править ]

Самая фундаментальная операция в вычислениях ДНК и молекулярном программировании — это механизм смещения цепи. В настоящее время существует два способа выполнения смещения прядей:

  • Смещение цепи, опосредованное фиксацией (TMSD) [29]
  • Смещение цепи на основе полимеразы (PSD) [7]

Замена опоры [ править ]

Помимо простых схем смещения цепей, ДНК-компьютеры также были созданы с использованием концепции обмена точками опоры. [28] В этой системе входная цепь ДНК прикрепляется к липкому концу другой молекулы ДНК, что позволяет ей вытеснить другой сегмент цепи из молекулы. Это позволяет создавать модульные логические компоненты, такие как вентили И, ИЛИ и НЕ и усилители сигналов, которые можно объединить в компьютеры произвольного размера. Этот класс ДНК-компьютеров не требует ферментов или каких-либо химических свойств ДНК. [38]

Сети химических реакций (CRN) [ править ]

Полный стек вычислений на ДНК очень похож на традиционную компьютерную архитектуру. На самом высоком уровне C-подобный язык программирования общего назначения выражается с использованием набора сетей химических реакций (CRN) . Это промежуточное представление транслируется в дизайн ДНК на уровне домена, а затем реализуется с использованием набора цепей ДНК. В 2010 году группа Эрика Уинфри показала, что ДНК можно использовать в качестве субстрата для осуществления произвольных химических реакций. Это открыло путь к разработке и синтезу биохимических контроллеров, поскольку выразительная сила CRN эквивалентна машине Тьюринга. [7] [8] [9] [10] Такие контроллеры потенциально могут использоваться in vivo для предотвращения гормонального дисбаланса.

ДНКзимы [ править ]

Каталитическая ДНК ( дезоксирибозим или ДНКзим) катализирует реакцию при взаимодействии с соответствующим входом, например с соответствующим олигонуклеотидом . Эти ДНКзимы используются для создания логических вентилей, аналогичных цифровой логике в кремнии; однако ДНКзимы ограничены 1-, 2- и 3-входными вентилями, и в настоящее время не существует реализации для последовательной оценки операторов.

Логический вентиль ДНКзима меняет свою структуру, когда он связывается с соответствующим олигонуклеотидом, и флуорогенный субстрат, с которым он связан, расщепляется. Хотя можно использовать и другие материалы, в большинстве моделей используется субстрат на основе флуоресценции, поскольку его очень легко обнаружить даже на пределе одной молекулы. [39] Затем можно измерить величину флуоресценции, чтобы определить, произошла реакция или нет. Изменившийся ДНКзим затем «используется» и не может больше инициировать какие-либо реакции. По этой причине эти реакции происходят в таком устройстве, как реактор непрерывного действия с мешалкой, где старый продукт удаляется и добавляются новые молекулы.

Два обычно используемых ДНКзима называются E6 и 8-17. Они популярны, поскольку позволяют раскалывать подложку в любом произвольном месте. [40] Стоянович и Макдональд использовали ДНКзимы E6 для создания MAYA I. [41] и МАЙЯ II [42] машины соответственно; Стоянович также продемонстрировал логические элементы с использованием ДНКзима 8-17. [43] Хотя было продемонстрировано, что эти ДНКзимы полезны для создания логических вентилей, они ограничены необходимостью функционирования металлического кофактора, такого как Zn. 2+ или Мн 2+ и поэтому бесполезны in vivo . [39] [44]

Конструкция, называемая стеблевой петлей , состоящая из одной цепи ДНК с петлей на конце, представляет собой динамическую структуру, которая открывается и закрывается, когда часть ДНК присоединяется к части петли. Этот эффект был использован для создания нескольких логических элементов . Эти логические элементы были использованы для создания компьютеров MAYA I и MAYA II , которые в некоторой степени могут играть в крестики-нолики . [45]

Ферменты [ править ]

ДНК-компьютеры на основе ферментов обычно представляют собой простую машину Тьюринга ; существует аналогичное оборудование в виде фермента и программное обеспечение в виде ДНК. [46]

Бененсон, Шапиро и коллеги продемонстрировали ДНК-компьютер, использующий FokI . фермент [47] и расширили свою работу, продемонстрировав автоматы, которые диагностируют рак простаты и реагируют на него : при недостаточной экспрессии генов PPAP2B и GSTP1 и избыточной экспрессии PIM1 и HPN . [48] Их автоматы оценивали экспрессию каждого гена, по одному гену за раз, и при положительном диагнозе затем выделяли одноцепочечную молекулу ДНК (оцДНК), которая является антисмысловой для MDM2 . MDM2 является репрессором белка 53 , который сам по себе является супрессором опухоли. [49] При отрицательном диагнозе было решено выпустить препарат, подавляющий положительный диагноз, вместо того, чтобы ничего не предпринимать. Ограничением этой реализации является то, что требуются два отдельных автомата, по одному для введения каждого лекарства. Весь процесс оценки до выпуска препарата занял около часа. Этот метод также требует присутствия переходных молекул, а также фермента FokI. Требование к ферменту FokI ограничивает его применение in vivo , по крайней мере, для использования в «клетках высших организмов». [50] Следует также отметить, что «программные» молекулы в этом случае могут быть использованы повторно.

Алгоритмическая самосборка [ править ]

которых изображены прокладки Серпинского Массивы ДНК, на поверхности . Нажмите на изображение для получения более подробной информации. Изображение Ротемунда и др. , 2004. [51]
Основная статья: Нанотехнология ДНК: алгоритмическая самосборка

Нанотехнология ДНК нашла применение в смежной области вычислений ДНК. Плитки ДНК могут быть спроектированы так, чтобы они содержали несколько липких концов с последовательностями, выбранными так, чтобы они действовали как плитки Ванга . Был продемонстрирован массив DX, сборка которого кодирует операцию XOR ; это позволяет массиву ДНК реализовать клеточный автомат , который генерирует фрактал, называемый прокладкой Серпинского . Это показывает, что вычисления могут быть включены в сборку массивов ДНК, расширяя их возможности за пределы простых периодических массивов. [51]

Возможности [ править ]

ДНК-вычисления — это форма параллельных вычислений , в которой используются преимущества множества различных молекул ДНК, чтобы одновременно опробовать множество разных возможностей. [52] Для решения некоторых специализированных задач ДНК-компьютеры быстрее и меньше, чем любой другой компьютер, созданный до сих пор. Более того, было продемонстрировано, что определенные математические вычисления работают на компьютере ДНК.

ДНК-вычисления не предоставляют никаких новых возможностей с точки зрения теории вычислимости , проблемы изучения которой решаемы вычислительно с использованием различных моделей вычислений.Например,Если пространство, необходимое для решения проблемы, растет экспоненциально с размером проблемы ( задачи EXPSPACE ) на машинах фон Неймана , оно все равно растет экспоненциально с размером проблемы на машинах ДНК.Для очень больших задач EXPSPACE необходимое количество ДНК слишком велико, чтобы это было практично.

Альтернативные технологии [ править ]

Партнерство между IBM и Калифорнийским технологическим институтом было установлено в 2009 году с целью производства « ДНК-чипов ». [53] Группа Калифорнийского технологического института работает над производством этих интегральных схем на основе нуклеиновых кислот. Один из этих чипов может вычислять целые квадратные корни. [54] Компилятор был написан. [55] в Перле .

Плюсы и минусы [ править ]

Низкая скорость обработки ДНК-компьютера (время отклика измеряется минутами, часами или днями, а не миллисекундами) компенсируется его способностью выполнять большое количество множественных параллельных вычислений. Это позволяет системе тратить такое же количество времени на сложные вычисления, как и на простые. Это достигается тем, что миллионы или миллиарды молекул одновременно взаимодействуют друг с другом. Однако анализировать ответы, данные ДНК-компьютером, гораздо сложнее, чем цифровым.

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Черч, генеральный директор; Гао, Ю.; Косури, С. (16 августа 2012 г.). «Хранение цифровой информации нового поколения в ДНК» . Наука . 337 (6102): 1628. Бибкод : 2012Sci...337.1628C . дои : 10.1126/science.1226355 . ISSN   0036-8075 . ПМИД   22903519 . S2CID   934617 .
  2. ^ Эрлих, Янив; Зелински, Дина (2 марта 2017 г.). «DNA Fountain обеспечивает надежную и эффективную архитектуру хранения данных» . Наука . 355 (6328): 950–954. Бибкод : 2017Sci...355..950E . дои : 10.1126/science.aaj2038 . ISSN   0036-8075 . ПМИД   28254941 . S2CID   13470340 .
  3. ^ Органик, Ли; Анг, Сиена Дюма; Чен, Юань-Цзюэ; Лопес, Рэндольф; Еханин Сергей; Макарычев Константин; Рач, Миклош З.; Камат, Говинда; Гопалан, Парикшит; Нгуен, Бичлиен; Такахаши, Кристофер Н. (март 2018 г.). «Произвольный доступ в крупномасштабном хранилище данных ДНК» . Природная биотехнология . 36 (3): 242–248. дои : 10.1038/nbt.4079 . ISSN   1546-1696 . ПМИД   29457795 . S2CID   205285821 .
  4. ^ Шах, Шалин; Дубей, Абхишек К.; Рейф, Джон (10 апреля 2019 г.). «Программирование временных штрих-кодов ДНК для снятия отпечатков пальцев одной молекулы». Нано-буквы . 19 (4): 2668–2673. Бибкод : 2019NanoL..19.2668S . дои : 10.1021/acs.nanolett.9b00590 . ISSN   1530-6984 . ПМИД   30896178 . S2CID   84841635 .
  5. ^ Шаронов, Алексей; Хохштрассер, Робин М. (12 декабря 2006 г.). «Субдифракционная визуализация в широком поле за счет накопления диффузионных зондов» . Труды Национальной академии наук . 103 (50): 18911–18916. Бибкод : 2006PNAS..10318911S . дои : 10.1073/pnas.0609643104 . ISSN   0027-8424 . ПМЦ   1748151 . ПМИД   17142314 .
  6. ^ Юнгманн, Ральф; Авенданьо, Майер С.; Дай, Минцзе; Вёрштайн, Йоханнес Б.; Агасти, Сарит С.; Файгер, Закари; Родаль, Авиталь; Инь, Пэн (май 2016 г.). «Количественная визуализация сверхвысокого разрешения с помощью qPAINT» . Природные методы . 13 (5): 439–442. дои : 10.1038/nmeth.3804 . ISSN   1548-7105 . ПМЦ   4941813 . ПМИД   27018580 .
  7. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Шах, Шалин; Ви, Жасмин; Сун, Тяньци; Сезе, Луис; Штраус, Карин ; Чен, Юань-Цзюэ; Рейф, Джон (04 мая 2020 г.). «Использование полимеразы, вытесняющей цепи, для программирования сетей химических реакций». Журнал Американского химического общества . 142 (21): 9587–9593. дои : 10.1021/jacs.0c02240 . ISSN   0002-7863 . ПМИД   32364723 . S2CID   218504535 .
  8. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Чен, Юань-Цзюэ; Далчау, Нил; Шринивас, Ниранджан; Филлипс, Эндрю; Карделли, Лука; Соловейчик, Давид; Зеилиг, Георг (октябрь 2013 г.). «Программируемые химические контроллеры из ДНК» . Природные нанотехнологии . 8 (10): 755–762. Бибкод : 2013NatNa...8..755C . дои : 10.1038/nnano.2013.189 . ISSN   1748-3395 . ПМК   4150546 . ПМИД   24077029 .
  9. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Шринивас, Ниранджан; Паркин, Джеймс; Зеилиг, Георг; Уинфри, Эрик; Соловейчик, Давид (15 декабря 2017 г.). «Безферментные динамические системы нуклеиновых кислот» . Наука . 358 (6369): eaal2052. дои : 10.1126/science.aal2052 . ISSN   0036-8075 . ПМИД   29242317 .
  10. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Соловейчик, Давид; Зеилиг, Георг; Уинфри, Эрик (23 марта 2010 г.). «ДНК как универсальный субстрат химической кинетики» . Труды Национальной академии наук . 107 (12): 5393–5398. Бибкод : 2010PNAS..107.5393S . дои : 10.1073/pnas.0909380107 . ISSN   0027-8424 . ПМЦ   2851759 . ПМИД   20203007 .
  11. ^ Адлеман, LM (1994). «Молекулярные вычисления решений комбинаторных задач». Наука . 266 (5187): 1021–1024. Бибкод : 1994Sci...266.1021A . CiteSeerX   10.1.1.54.2565 . дои : 10.1126/science.7973651 . ПМИД   7973651 . — Первая статья о вычислениях ДНК. Описывает решение проблемы направленного гамильтонова пути . Также доступно здесь: «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 6 февраля 2005 г. Проверено 21 ноября 2005 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
  12. ^ Боне, Д.; Данворт, К.; Липтон, Р.Дж.; Сгалл, Дж. И. (1996). «О вычислительной мощности ДНК» . Дискретная прикладная математика . 71 (1–3): 79–94. дои : 10.1016/S0166-218X(96)00058-3 . — Описывает решение проблемы логической выполнимости . Также доступно здесь: «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 6 апреля 2012 г. Проверено 14 октября 2011 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
  13. ^ Лила Кари; Грег Глор; Шэн Юй (январь 2000 г.). «Использование ДНК для решения проблемы ограниченного пост-корреспонденции» . Теоретическая информатика . 231 (2): 192–203. дои : 10.1016/s0304-3975(99)00100-0 . — Описывает решение ограниченной проблемы соответствия Поста , сложной NP-полной задачи в среднем. Также доступно здесь: [1]
  14. ^ Баум, Э.Б. (28 апреля 1995 г.). «Создание ассоциативной памяти, значительно большей, чем мозг» . Наука . 268 (5210): 583–585. Бибкод : 1995Sci...268..583B . дои : 10.1126/science.7725109 . ISSN   0036-8075 . ПМИД   7725109 .
  15. ^ Симан, Надриан К. (21 ноября 1982 г.). «Соединения и решетки нуклеиновых кислот». Журнал теоретической биологии . 99 (2): 237–247. Бибкод : 1982JThBi..99..237S . дои : 10.1016/0022-5193(82)90002-9 . ISSN   0022-5193 . ПМИД   6188926 .
  16. ^ Тихомиров Григорий; Петерсен, Филип; Цянь, Лулу (декабрь 2017 г.). «Фрактальная сборка массивов ДНК-оригами микрометрового масштаба с произвольными узорами» . Природа . 552 (7683): ​​67–71. Бибкод : 2017Natur.552...67T . дои : 10.1038/nature24655 . ISSN   1476-4687 . ПМИД   29219965 . S2CID   4455780 .
  17. ^ Вагенбауэр, Клаус Ф.; Зигль, Кристиан; Дитц, Хендрик (декабрь 2017 г.). «Сборки ДНК с программируемой формой в масштабе Гигадальтона» . Природа . 552 (7683): ​​78–83. Бибкод : 2017Natur.552...78W . дои : 10.1038/nature24651 . ISSN   1476-4687 . ПМИД   29219966 . S2CID   205262182 .
  18. ^ Онг, Лувена Л.; Ханикель, Никита; Яги, Омар К.; Грун, Кейси; Штраус, Максимилиан Т.; Брон, Патрик; Лай-Ки-Хим, Жозефина; Шудер, Флориан; Ван, Бэй; Ван, Пэнфэй; Киши, Джоселин Ю. (декабрь 2017 г.). «Программируемая самосборка трехмерных наноструктур из 10 000 уникальных компонентов» . Природа . 552 (7683): ​​72–77. Бибкод : 2017Natur.552...72O . дои : 10.1038/nature24648 . ISSN   1476-4687 . ПМК   5786436 . ПМИД   29219968 .
  19. ^ Лейер, Андре; Рихтер, Кристофер; Банцхаф, Вольфганг; Рауэ, Хилмар (1 июня 2000 г.). «Криптография с использованием бинарных цепей ДНК» . Биосистемы . 57 (1): 13–22. Стартовый код : 2000BiSys..57...13L . дои : 10.1016/S0303-2647(00)00083-6 . ISSN   0303-2647 . ПМИД   10963862 .
  20. ^ Гварниери, Франк; Флисс, Макико; Бэнкрофт, Картер (12 июля 1996 г.). «Добавление ДНК» . Наука . 273 (5272): 220–223. Бибкод : 1996Sci...273..220G . дои : 10.1126/science.273.5272.220 . ISSN   0036-8075 . ПМИД   8662501 . S2CID   6051207 .
  21. ^ Бэнкрофт, Картер; Боулер, Тимоти; Блум, Брайан; Клелланд, Кэтрин Тейлор (7 сентября 2001 г.). «Долговременное хранение информации в ДНК» . Наука . 293 (5536): 1763–1765. дои : 10.1126/science.293.5536.1763c . ISSN   0036-8075 . ПМИД   11556362 . S2CID   34699434 .
  22. ^ Инь, Пэн; Ян, Хао; Дэниэл, Сяоцзюй Г.; Терберфилд, Эндрю Дж.; Рейф, Джон Х. (2004). «Однонаправленный ДНК-ходок, который автономно движется по рельсам». Angewandte Chemie, международное издание . 43 (37): 4906–4911. дои : 10.1002/anie.200460522 . ISSN   1521-3773 . ПМИД   15372637 .
  23. ^ «Исследователь в области биокомпьютеров награжден премией Бака» , Western News , Университет Западного Онтарио , 21 марта 2002 г.
  24. ^ Брайч, Равиндерджит С. и др. «Решение проблемы выполнимости на компьютере ДНК на основе геля». ДНК-вычисление . Springer Berlin Heidelberg, 2001. 27–42.
  25. ^ Адлеман, Леонард М. (1998). «Вычисления с ДНК». Научный американец . 279 (2): 54–61. Бибкод : 1998SciAm.279b..54A . doi : 10.1038/scientificamerican0898-54 .
  26. ^ [FR] - Дж. Макдональд, Д. Стефанович и М. Стоянович, Сборки ДНК, сломанные в игре и на работе , Pour la Science , № 375, январь 2009 г., с. 68-75
  27. ^ Цянь, Лулу; Уинфри, Эрик; Брук, Иегошуа (июль 2011 г.). «Вычисления нейронной сети с каскадами смещения нитей ДНК». Природа . 475 (7356): 368–372. дои : 10.1038/nature10262 . ISSN   0028-0836 . ПМИД   21776082 . S2CID   1735584 .
  28. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Черри, Кевин М.; Цянь, Лулу (04 июля 2018 г.). «Расширение масштабов распознавания молекулярных образов с помощью нейронных сетей на основе ДНК, принцип «победитель получает все» . Природа . 559 (7714): 370–376. Бибкод : 2018Natur.559..370C . дои : 10.1038/s41586-018-0289-6 . ISSN   0028-0836 . ПМИД   29973727 . S2CID   49566504 .
  29. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Цянь, Л.; Уинфри, Э. (2 июня 2011 г.). «Масштабирование вычислений цифровых схем с помощью каскадов смещения нитей ДНК». Наука . 332 (6034): 1196–1201. Бибкод : 2011Sci...332.1196Q . дои : 10.1126/science.1200520 . ISSN   0036-8075 . ПМИД   21636773 . S2CID   10053541 .
  30. ^ Сун, Тяньци; Эшра, Абир; Шах, Шалин; Буй, Хиеу; Фу, Дэниел; Ян, Мин; Мохтар, Рим; Рейф, Джон (23 сентября 2019 г.). «Быстрые и компактные логические схемы ДНК на основе одноцепочечных вентилей с использованием полимеразы, замещающей цепь». Природные нанотехнологии . 14 (11): 1075–1081. Бибкод : 2019НатНа..14.1075С . дои : 10.1038/s41565-019-0544-5 . ISSN   1748-3387 . ПМИД   31548688 . S2CID   202729100 .
  31. ^ Чаттерджи, Гураб; Далчау, Нил; Маскат, Ричард А.; Филлипс, Эндрю; Зеелиг, Георг (24 июля 2017 г.). «Пространственно-локализованная архитектура для быстрых и модульных вычислений ДНК». Природные нанотехнологии . 12 (9): 920–927. Бибкод : 2017NatNa..12..920C . дои : 10.1038/nnano.2017.127 . ISSN   1748-3387 . ПМИД   28737747 .
  32. ^ Буй, Хиеу; Шах, Шалин; Мохтар, Рим; Сун, Тяньци; Гарг, Судханшу; Рейф, Джон (25 января 2018 г.). «Цепные реакции локализованной гибридизации ДНК на ДНК-оригами». АСУ Нано . 12 (2): 1146–1155. дои : 10.1021/acsnano.7b06699 . ISSN   1936-0851 . ПМИД   29357217 .
  33. ^ Гарг, Судханшу; Шах, Шалин; Буй, Хиеу; Сун, Тяньци; Мохтар, Рим; Рейф, Джон (2018). «Возобновляемые, реагирующие на время цепи ДНК» . Маленький . 14 (33): 1801470. doi : 10.1002/smll.201801470 . ISSN   1613-6829 . ПМИД   30022600 .
  34. ^ Эшра, А.; Шах, С.; Сонг, Т.; Рейф, Дж. (2019). «Логические схемы на основе шпилек возобновляемой ДНК». Транзакции IEEE по нанотехнологиям . 18 : 252–259. arXiv : 1704.06371 . Бибкод : 2019ITNan..18..252E . дои : 10.1109/TNANO.2019.2896189 . ISSN   1536-125Х . S2CID   5616325 .
  35. ^ Сун, Синь; Эшра, Абир; Дуайер, Крис; Рейф, Джон (25 мая 2017 г.). «Возобновляемые логические схемы качелей ДНК, работающие за счет фоторегуляции смещения цепей, опосредованного опорой» . РСК Прогресс . 7 (45): 28130–28144. Бибкод : 2017RSCAd...728130S . дои : 10.1039/C7RA02607B . ISSN   2046-2069 .
  36. ^ Гоэль, Ашиш; Ибрагими, Мортеза (2009). «Возобновляемые, реагирующие на время логические элементы ДНК для масштабируемых цифровых схем». В Дитоне, Рассел; Суяма, Акира (ред.). ДНК-вычисления и молекулярное программирование . Конспекты лекций по информатике. Том. 5877. Берлин, Гейдельберг: Springer. стр. 67–77. дои : 10.1007/978-3-642-10604-0_7 . ISBN  978-3-642-10604-0 .
  37. ^ Рофаил, Мирна; Юнес, Ахмед (июль 2021 г.). «Стратегия синтеза обратимых схем на ДНК-компьютерах» . Симметрия . 13 (7): 1242. Бибкод : 2021Symm...13.1242R . дои : 10.3390/sym13071242 .
  38. ^ Силиг, Г.; Соловейчик, Д.; Чжан, Д.Ю.; Уинфри, Э. (8 декабря 2006 г.). «Безферментные логические схемы нуклеиновых кислот» (PDF) . Наука . 314 (5805): 1585–1588. Бибкод : 2006Sci...314.1585S . дои : 10.1126/science.1132493 . ПМИД   17158324 . S2CID   10966324 .
  39. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Вайс, С. (1999). «Флуоресцентная спектроскопия одиночных биомолекул». Наука . 283 (5408): 1676–1683. Бибкод : 1999Sci...283.1676W . дои : 10.1126/science.283.5408.1676 . ПМИД   10073925 . S2CID   9697423 . . Также доступно здесь: http://www.lps.ens.fr/~vincent/smb/PDF/weiss-1.pdf.
  40. ^ Санторо, Юго-Запад; Джойс, Г.Ф. (1997). «Фермент ДНК общего назначения, расщепляющий РНК» . Труды Национальной академии наук . 94 (9): 4262–4266. Бибкод : 1997PNAS...94.4262S . дои : 10.1073/pnas.94.9.4262 . ПМК   20710 . ПМИД   9113977 . . Также доступно здесь: [2]
  41. ^ Стоянович, Миннесота; Стефанович, Д. (2003). «Молекулярный автомат на основе дезоксирибозима». Природная биотехнология . 21 (9): 1069–1074. дои : 10.1038/nbt862 . ПМИД   12923549 . S2CID   184520 . . Также доступно здесь: [3]
  42. ^ Макдональд, Дж.; Ли, Ю.; Сутович, М.; Ледерман, Х.; Пендри, К.; Лу, В.; Эндрюс, БЛ; Стефанович, Д.; Стоянович, Миннесота (2006). «Среднемасштабная интеграция молекулярных логических вентилей в автомате». Нано-буквы . 6 (11): 2598–2603. Бибкод : 2006NanoL...6.2598M . дои : 10.1021/nl0620684 . ПМИД   17090098 . . Также доступно здесь: [4]
  43. ^ Стоянович, Миннесота; Митчелл, TE; Стефанович, Д. (2002). «Логические ворота на основе дезоксирибозима» . Журнал Американского химического общества . 124 (14): 3555–3561. дои : 10.1021/ja016756v . ПМИД   11929243 . . Также доступно по адресу [5]
  44. ^ Круз, РПГ; Уизерс, Дж.Б.; Ли, Ю. (2004). «Универсальность расщепления динуклеотидного соединения дезоксирибозима 8-17» . Химия и биология . 11 (1): 57–67. doi : 10.1016/j.chembiol.2003.12.012 . hdl : 11375/23673 . ПМИД   15112995 .
  45. ^ Группа Дарко Стефановича, Молекулярные логические ворота. Архивировано 18 июня 2010 г. в Wayback Machine и MAYA II, автомат, играющий в крестики-нолики второго поколения . Архивировано 18 июня 2010 г. в Wayback Machine .
  46. ^ Шапиро, Эхуд (7 декабря 1999 г.). «Механическая машина Тьюринга: проект биомолекулярного компьютера» . Фокус на интерфейсе . 2 (4). Научный институт Вейцмана : 497–503. дои : 10.1098/rsfs.2011.0118 . ПМК   3363030 . ПМИД   22649583 . Архивировано из оригинала 3 января 2009 г. Проверено 13 августа 2009 г.
  47. ^ Бененсон, Ю.; Паз-Элизур, Т.; Адар, Р.; Кейнан, Э.; Ливне, З.; Шапиро, Э. (2001). «Программируемая и автономная вычислительная машина из биомолекул» . Природа . 414 (6862): 430–434. Бибкод : 2001Natur.414..430B . дои : 10.1038/35106533 . ПМЦ   3838952 . ПМИД   11719800 . . Также доступно здесь: [6] Архивировано 10 мая 2012 г. на Wayback Machine.
  48. ^ Бененсон, Ю.; Гил, Б.; Бен-Дор, У.; Адар, Р.; Шапиро, Э. (2004). «Автономный молекулярный компьютер для логического контроля экспрессии генов» . Природа . 429 (6990): 423–429. Бибкод : 2004Natur.429..423B . дои : 10.1038/nature02551 . ПМЦ   3838955 . ПМИД   15116117 . . Также доступно здесь: Автономный молекулярный компьютер для логического контроля экспрессии генов.
  49. ^ Бонд, GL; Ху, В.; Левин, Эй Джей (2005). «MDM2 является центральным узлом на пути p53: 12 лет и продолжается». Текущие цели в области лекарств от рака . 5 (1): 3–8. дои : 10.2174/1568009053332627 . ПМИД   15720184 .
  50. ^ Кахан, М.; Гил, Б.; Адар, Р.; Шапиро, Э. (2008). «На пути к молекулярным компьютерам, работающим в биологической среде». Физика D: Нелинейные явления . 237 (9): 1165–1172. Бибкод : 2008PhyD..237.1165K . дои : 10.1016/j.physd.2008.01.027 . . Также доступно здесь: [7]
  51. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Ротемунд, PWK; Пападакис, Н.; Уинфри, Э. (2004). «Алгоритмическая самосборка треугольников ДНК Серпинского» . ПЛОС Биология . 2 (12): е424. doi : 10.1371/journal.pbio.0020424 . ПМК   534809 . ПМИД   15583715 .
  52. ^ Левин, Д.И. (2002). «ДНК-компьютинг». Вычисления в науке и технике . 4 (3): 5–8. Бибкод : 2002CSE.....4c...5L . дои : 10.1109/5992.998634 .
  53. ^ [8] (собственная статья Калифорнийского технологического института). Архивировано 14 октября 2011 г. в Wayback Machine.
  54. ^ Масштабирование вычислений цифровых схем с помощью каскадов смещения нитей ДНК
  55. ^ [9] Онлайн

Дальнейшее чтение [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=DNA_computing&oldid=1225633893"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 1ac93bf9e97dabff6ac92c580698b289__1716652440
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/1a/89/1ac93bf9e97dabff6ac92c580698b289.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
DNA computing - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)