Komputasi DNA

Komputasi DNA adalah cabang komputasi yang menggunakan perangkat keras DNA, biokimia, dan biologi molekuler, alih-alih teknologi komputer berbasis silikon tradisional. Penelitian dan pengembangan di bidang ini menyangkut teori, eksperimen, dan aplikasi komputasi DNA. Istilah "molektronik" kadang-kadang digunakan, tetapi istilah ini telah digunakan untuk teknologi sebelumnya, saingan yang tidak berhasil dari sirkuit terpadu pertama; istilah ini juga telah digunakan secara lebih umum, untuk teknologi elektronik skala molekuler.

Sejarah

Bidang ini awalnya dikembangkan oleh Leonard Adleman dari University of Southern California, pada tahun 1994. Adleman menunjukkan bukti dari konsep DNA sebagai bentuk perhitungan yang memecahkan masalah jalur tujuh-titik Hamiltonian. Sejak percobaan Adleman awal, kemajuan telah dibuat dan berbagai mesin Turing telah terbukti konstruktif.
Sementara minat awal adalah dalam menggunakan pendekatan baru ini untuk mengatasi masalah NP-hard, segera disadari bahwa mereka mungkin tidak paling cocok untuk jenis komputasi ini, dan beberapa proposal telah dibuat untuk menemukan "aplikasi pembunuh" untuk pendekatan ini. Pada tahun 1997, ilmuwan komputer Mitsunori Ogihara bekerja dengan ahli biologi Animesh Ray menyarankan seseorang untuk mengevaluasi sirkuit Boolean dan menggambarkan implementasi.
Pada tahun 2002, para peneliti dari Weizmann Institute of Science di Rehovot, Israel, meluncurkan mesin komputasi molekuler yang dapat diprogram yang terdiri dari enzim dan molekul DNA alih-alih microchip silikon. Pada tanggal 28 April 2004, Ehud Shapiro, Yaakov Benenson, Binyamin Gil, Uri Ben-Dor, dan Rivka Adar di Weizmann Institute mengumumkan dalam jurnal Nature bahwa mereka telah membangun komputer DNA ditambah dengan modul input dan output yang secara teori akan mampu mendiagnosis aktivitas kanker dalam sel, dan melepaskan obat anti-kanker setelah didiagnosis.
Pada Januari 2013, para peneliti dapat menyimpan foto JPEG, satu set soneta Shakespeare, dan file audio pidato Martin Luther King, Jr. I Have a Dream pada penyimpanan data digital DNA.
Pada Maret 2013, para peneliti menciptakan transkriptor (transistor biologis).
Pada Agustus 2016, para peneliti menggunakan sistem pengeditan gen CRISPR untuk memasukkan GIF kuda dan pengendara yang berderap ke dalam DNA bakteri yang hidup.
Penelitian terbaru tentang komputasi DNA dapat melakukan komputasi DNA reversibel yang membawanya selangkah lebih dekat dengan komputasi berbasis silikon yang digunakan di PC. Secara khusus, John Reif dan kelompoknya di Universitas Duke mengusulkan dua teknik berbeda untuk menggunakan kembali kompleks DNA komputasi. Desain pertama menggunakan gerbang dsDNA sedangkan desain kedua menggunakan kompleks hairpin DNA.

Ide

Organisasi dan kompleksitas semua makhluk hidup didasarkan pada sistem pengkodean yang berfungsi dengan empat komponen kunci dari molekul DNA . Karena itu, DNA sangat cocok sebagai media untuk pengolahan data. Menurut perhitungan yang berbeda, komputer-DNA dengan satu liter cairan yang mengandung enam gram DNA berpotensi memiliki kapasitas memori 3.072 eksabita. Kecepatan transfer data maksimum teoritis juga akan sangat besar karena paralelisme yang sangat besar dari perhitungan. Oleh karena itu, sekitar 1.000 petaFLOPS dapat dijangkau, sementara komputer paling kuat saat ini tidak melampaui beberapa lusin (99 petaFLOPS menjadi rekor saat ini).

Kemampuan

Komputasi DNA adalah suatu bentuk komputasi paralel yang mengambil keuntungan dari banyak molekul DNA yang berbeda untuk mencoba berbagai kemungkinan sekaligus. Untuk masalah khusus tertentu, komputer DNA lebih cepat dan lebih kecil daripada komputer lain yang dibuat sejauh ini. Selain itu, perhitungan matematis tertentu telah terbukti bekerja pada komputer DNA. Sebagai contoh, molekul DNA telah digunakan untuk mengatasi masalah penugasan.