Népszabadság * Mátay Anna * 2006. november 18.
A DNS-processzor egy oldat, melynek egyetlen cseppje detektormolekulák milliárdjait tartalmazza Amikor tizenkét évvel ezelőtt az első matematikai problémákat megoldotta egy kémcsőnyi DNS-molekula, úgy tűnt, a jövő a DNS-alapú informatikáé. Kezdeti sikerek, majd csalódások után most úgy tűnik, a számok feldolgozása megmarad a szilíciumalapú csipeknek, a DNS-számítógépek pedig a biológiai rendszerekben hozhatnak igazán újat. Villámgyors vírusazonosítást és genetikai kórfelismerést ígér a DNS-processzor.
Leonard Adleman, a Dél-kaliforniai Egyetem informatikus kutatója volt az első, aki félretette számítógépét, bevonult egy biokémiai laborba, és DNS-szálakon kódolt információkkal oldott meg matematikai feladványt. Az „utazó ügynök” problémája röviden azt takarja, miként látogassunk el leggyorsabban egy adott számú városba úgy, hogy mindegyikben egyszer és csakis egyszer járunk. A városokat DNS-szakaszok jelképezték, melyek másodpercek alatt kötődtek az óriásmolekulán a megfelelő helyre. A jó válaszok kiválogatása azonban napokig tartott.
Ezt követően nagy lelkesedés közepette születtek meg a reménykeltő eredmények a világ több laboratóriumában. Egyebek között megoldotta a DNS-processzor a „gyűlölködő vendégek bulimeghívása” problémát, és titkosító kódot törtek fel vele az IBM-nél. Úgy tűnt, hogy a DNS-molekulán alapuló számítógépek feldolgozási sebessége meghaladhatja elektronikus elődjeiét. Hamarosan kiderültek azonban a módszer gyengéi is. Az örökítőanyag molekuláinak ugyanis csak mintegy 90 százaléka hajlandó az elvárt módon viselkedni, ezért túl sok hibával dolgozott a rendszer. 2002-ben Adleman felhagyott kísérleteivel, melyeket DNS-számítógéppel folytatott.
Az elszántabb kutatók azonban úgy döntöttek, a számok feldolgozását meghagyják a hagyományos, „jól viselkedő” elektronokkal dolgozó processzoroknak, a DNS-számítógépet pedig élő, biológiai rendszerek vizsgálatára használják. Különösen a vírusok azonosítása és a genetikai betegségek megállapítása lehet igen gyors ezzel a technológiával. A ma elterjedten alkalmazott DNS-csipen alapuló eljárás két-három órás időigényénél nagyságrenddel gyorsabban végezné el ezeket a feladatokat a DNS-számítógép.
Ezen a témán dolgozik a New York-i Columbia Egyetem kutatója, Milan Stojanovic is, aki 2003-ban elkészítette MAYA-t, az amőbát játszó DNS-komputert. A rendszer minden emberi ellenfelét legyőzte a 3´3-as amőbajátékban, melyet egyszerű logikai játék lévén, szívesen használnak új számítástechnikai eljárások tesztelésére. A MAYA 9 kamrájába enzimek különféle kombinációit tették. Az ember játékos az általa választott kamrába jelként egy DNS-darabka oldatát tette. Ezt a MAYA molekuláris logikai kapuja elemezte, majd a gép válaszlépése a megfelelő kamra fluoreszkálása volt. A MAYA veretlensége ellenére a fejlesztők már akkor jelezték, hogy összetett számítások elvégzésére a molekuláris logikai kapuk kevésbé alkalmasak, mint a szilícium-csipes, elektronikus számítógépek.
A Columbia kutatói most a MAYA logikai kapuit használják, de immár biológiai rendszerekben. Valamennyi DNS-alapú számítás vagy logikai kapu a kettős spirált összekötő nukleinsavak kizárólagos párképzésére épül. Az A (adenin) betűvel szemben csak T (timin) állhat a szemközti szálon, a G-vel (guanin) szemben pedig csak C (citozin). Amikor a tesztként használt, ismert betűsorrendű DNS-szál a megfelelő párt megtalálja, és magához köti a vizsgált oldatból, a molekulába előzőleg beépített jelzőnek köszönhetően fluoreszcens felvillanás tapasztalható. Az említett kutatócsoport sikeresen használta már a módszert a nyugat-nílusi vírus törzseinek megkülönböztetésére, valamint olyan genetikai eltérések megállapítására, ahol a DNS-szakasz egyetlen betűjének mássága okoz betegséget. Az utóbbi módszer emberi maradványok gyors és pontos azonosítására is alkalmas.
Joanne Macdonald, a csoport vezetője ennél is továbblép. A különböző logikai kapuk egyesítésével olyan problémákat kíván megoldani, mint például egy különösen virulensnek bizonyuló, többféle DNS-szekvencia kombinációját tartalmazó madárinfluenza-vírus elemzése. Ebben az esetben a logikai kapuk párhuzamosan, egymástól függetlenül találják meg – vagy nem – a különböző vírusmutánsokat. A DNS-processzor nem más, mint egy oldat, melynek egyetlen cseppje detektormolekulák milliárdjait tartalmazza, ezért a vizsgálóeszköz egészen kis méretű lehet. Járványügyben, terepmunkára különösen hasznos a kutatásvezető szerint.
Kaliforniában, a Berkeley-n is fejlesztés alatt áll egy DNS-számítógép, amely az egyetlen betűeltérésből (nukleotid polimorfizmus) adódó genetikai betegségeket állapítja meg villámgyorsan. A kezdeti kémcsöves próbáktól mára eljutottak a fejlesztők a miniatűr csatornákban áramló DNS-oldathoz. Ez a változat már külsőre is jobban emlékeztet a hagyományos számítógépek integrált áramköreire. A módszerrel ellenőrizhetik meghatározott szekvenciák jelenlétét a vizsgált mintában, ezért a genetikai eltérések keresésén túl bármely ismert kórokozó válfajait azonosíthatja ez a DNS-alapú számítógép.
Az izraeli Weizmann Intézetben Ehud Shapiro még tovább megy a biológiai komputer alkalmazási körét tekintve. Betegek szervezetébe, élő sejtjeibe tervezi bejuttatni a „DNS-doktort”, ahogy ő elnevezte a DNS és enzimek keverékét tartalmazó csövecskét. A prosztatarákot diagnosztizáló, jelző, majd gyógyhatású vegyületet kibocsátó rendszert két éve mutatta be Shapiro. A kutatások még laboratóriumban folynak, de már az élő emlőssejteknél tartanak. Shapiro eredetileg másokhoz hasonlóan matematikai feladványokra keresett választ a DNS-számítógéppel, de pár év kísérletezés után ő is úgy döntött, hogy a holt számok helyett az élő rendszerek felé fordul. Ma már vadonatúj orvosi kezelések kidolgozásában bízik. „Egy DNS-számítógép potenciálisan együtt keringhet a vérrel, és elérheti a test minden sejtjét. Ezt sehogy másképp nem tehetnénk meg, mint biológiai alkotókból összeállított számítástechnikai rendszerekkel” – véli a „DNS-doktor” megálmodója.
