Ρολόι από DNA. Ορόσημο για την κατασκευή μοριακών υπολογιστών
Η φύση μπορεί να κατασκευάζει βιολογικές «μηχανές» και «κυκλώματα», ανάμεσά τους εκείνα που διατηρούν το εσωτερικό «ρολόι» του οργανισμού και εκείνα που αντιγράφουν γονίδια ή βοηθούν τα κύτταρα να κινηθούν. Τώρα, το ανώτερο γνωστό επίτευγμα της φύσης, ο άνθρωπος, μαθαίνει να σχεδιάζει και να συνθέτει καινοτόμες βιοχημικές συσκευές, όπως οι «βιομηχανίες» νανοκλίμακας και τα βιολογικά κυκλώματα, ακόμη και μοριακούς υπολογιστές.
Αυτή η προσπάθεια μέχρι τώρα στηριζόταν κυρίως στη χρήση υπαρχόντων κυτταρικών συστατικών (π.χ. ενζύμων), αλλά ορισμένοι ερευνητές προτίμησαν να αρχίσουν από το μηδέν. Γι’ αυτούς τους «μοριακούς προγραμματιστές», το DNA είναι η γλώσσα επιλογής και απώτερος στόχος η κατασκευή κυκλωμάτων και μηχανών που θα είναι ισάξιες με αυτές που συναντώνται στη φύση. Πρόσφατα έκαναν ένα μεγάλο βήμα στην κατεύθυνση αυτή, δημιουργώντας τον πρώτο ταλαντωτή – ένα μοριακό ρολόι – φτιαγμένο αποκλειστικά από DNA.
Αυτό το ορόσημο δείχνει ότι το DNA δεν είναι απλώς παθητικός μεταφορέας γενετικών πληροφοριών. Είναι ένα μόριο, που ακόμη και από μόνο του «είναι ικανό για σύνθετη συμπεριφορά», όπως λέει χαρακτηριστικά, ο Ντέιβιντ Σολόβιτσικ, ηλεκτρολόγος μηχανικός και μηχανικών υπολογιστών στο πανεπιστήμιο του Τέξας και ένας από τους επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας πίσω από την εφεύρεση. Η κατασκευή ταλαντωτή από DNA είναι από μόνη της κατόρθωμα της βιολογικής μηχανικής και ενδέχεται να γίνει καταλύτης για σημαντικά βήματα στη συνθετική βιολογία, όπως ο έλεγχος και ο χρονισμός γεγονότων σε τεχνητά κύτταρα, ο προγραμματισμός της έκλυσης φαρμάκων και ο συγχρονισμός μοριακών υπολογιστών.
Για τη δημιουργία της συσκευής, ο Σολόβιτσικ, ο Νιραντζάν Σρινίοας και οι συνεργάτες τους κατασκεύασαν έναν μεταγλωττιστή DNA (compiler), μια σειρά αλγορίθμων που επιτρέπουν σε έναν προγραμματιστή να δώσει εντολή κατασκευής μορίων χωρίς να χρειάζεται να ασχοληθεί ή να γνωρίζει τις βιοχημικές λεπτομέρειες. Το λογισμικό μεταφράζει αυτές τις εντολές σε ακολουθίες DNA, που συντίθενται και αναμειγνύονται. Τα τμήματα DNA που παράγονται στη συνέχεια αυτοσυναρμολογούνται σε μοριακές μηχανές.
Χρησιμοποιώντας τον μεταγλωττιστή, η ομάδα προγραμμάτισε έναν πρωτότυπο ταλαντωτή DNA που δημιουργεί επαναλαμβανόμενα μοτίβα «τικ» – «τακ». Η ίδια μεθοδολογία μπορεί κατά τον Σολόβιτσικ να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή πιο σύνθετης συμπεριφοράς, όπως η αλλαγή της ταχύτητας του ρολογιού με βάση χημικά σήματα. Αυτά τα ρολόγια θα μπορούσαν τελικά να οδηγήσουν σε χημική υπολογιστική. Αλλωστε, μερικοί από τους πρώτους μηχανικούς υπολογιστές (πριν τους ηλεκτρονικούς) ήταν απλώς εξεζητημένα ρολόγια (όπως ο μηχανισμός των Αντικυθήρων).
