Цивилизация
Молекулярный вычислительный автомат на основе молекул ДНК, созданный американскими и мексиканскими нанобиотехнологами, способен обучаться и успешно реализовывать стратегию логических игр. Такое устройство может найти применение при поиске генетических нарушений и лечении болезней, которые они вызывают, сообщается в журнале Nature Nanotechnology.
Автомат, названный MAYA-III (molecular arrays of YES and AND gates) реализует беспроигрышные стратегии тривиальной логической игры, названной учеными «око за око» и напоминающей «крестики-нолики». Эта разновидность игры на четырехклеточной доске была придумана авторами для того, чтобы показать, что молекулярный компьютер может сначала «обучиться» правилам игры, а затем «принимать» решения согласно предложенной стратегии.
Вычислительная система представляла собой набор из четырех (по числу игровых полей) пробирок, содержащих растворы искусственно синтезированных дезоксирибозимов (молекул ДНК, обладающих ферментативной активностью). Каждый дезоксирибозим имел в своем составе места, к которым могли присоединяться короткие одноцепочечные молекулы ДНК (олигонуклеотиды) двух типов. Одни олигонуклеотиды запускали работу дезоксирибозимов, другие, наоборот, подавляли ее в зависимости от того, какой ход должен был сделать автомат.
Ход человека определялся добавлением в пробирку того или иного олигонуклеотида. Ответ молекулярного автомата фиксировался по свечению флуоресцентной метки, «зажигавшейся» в той или иной пробирке в зависимости от конфигурации, которую принимали молекулы ДНК в ходе биохимических реакций, катализируемых дезоксирибозимами.
«Обучение» молекулярного автомата заключалось в добавлении в пробирки специальных олигонуклеотидов, которые способствовали образованию таких ДНК-структур, которые в дальнейшем в ходе игры позволяли возникать флуоресцентному свечению — в зависимости от того, какой ход делал человек.
«Это было в точности похоже на обучение ребенка игре, и состояло из ряда примеров «если я делаю это, ты делаешь то», — пишут авторы работы во главе с Миланом Стояновичем (Milan Stojanovic) из Колумбийского университета в США.
Как выяснилось, автомат успешно реализует предложенную ему стратегию, не проигрывая человеку. Более того, этот ДНК-компьютер можно перепрограммировать на другую стратегию, которую он также начинает успешно применять. Важность этой работы, по словам ученых, состоит в возможности создания молекулярной системы, способной выполнять принципиально разные - обучение и дальнейший анализ ситуации с принятием решения. Как поясняют ученые, ими создана модельная система наподобие «программируемой пользователем вентильной матрицы» — логического устройства, структура которого может изменяться в процессе использования.
По мнению авторов работы, подобные молекулярные автоматы должны рассматриваться как модельные системы, имеющие потенциальное практическое применение, прежде всего в биологии. Основанные на молекулах нуклеиновых кислот логические элементы являются биосовместимыми, и поэтому могут быть использованы как для диагностики, так и для терапии различных генетических заболеваний.
Первым ДНК-компьютером считается система, созданная Леонардом Эдельманом. В 1994 году он показал, что с помощью молекул ДНК можно решить широко известную в комбинаторике «задачу о коммивояжере» (связанной с поиском кратчайшего маршрута обхода вершин графа).
Предшественники MAYA-III также были ориентированы на решение различных логических задач. Система MAYA-I, созданная в 2003 году, могла до определенного хода играть в рэндзю. А система MAYA-II, разработанная в 2006 году, предназначалась для игры в «крестики-нолики» и была способна обыгрывать человека либо сводить игру к ничьей.
