Azərbaycanca
Беларускі
Dansk
Deutsch
Española
Français
Indonesia
Italiana
日本語
Қазақ
Lietuvos
Nederlands
Português
Русский
සිංහල
แบบไทย
Türkçe
Українська
中國人
United State
Afrikaans
DNA bilgisayarı veya DNA hesaplaması, geleneksel silikon temelli yapı bileşenleri veya bilgisayar teknolojileri yerine, DNA, biyokimya ve moleküler biyoloji kullanarak yapılan bir hesaplama biçimi hesap edilen yeni nesil bilgisayarlardır. DNA hesaplaması veya daha genel olarak biyomoleküler hesaplama, hızla gelişen, disiplinler arası bir sahadır. Bu sahadaki araştırma ve geliştirmenin konuları, DNA hesaplamasının teorisi, uygulaması ve bu konuda yapılan deneyleri kapsar. Hacmi sadece 1 cm³ olan 1 gram DNA, 750 terabayt bilgi barındırabilir.
Tarih
Nörofizyologlar beynin gizemli mekanizmasını keşfedebilmek için ilk önce yaşamsal fonksiyonlarını nasıl yerine getirebildiğini çözebilmeyi hedeflediler. Algıların yanı sıra, öğrenme ve fonksiyonların gerçekleştiği beynin hipokampus bölgesinin bir protezinin yapılması hedeflendi.
Bu saha ilk Leonard Adleman tarafından 1994'te başlatıldı. Adleman, 7 noktalı çözerek DNA'nın bir hesaplama aracı olarak kullanılabileceğinin kavramını ıspatladı. Adleman'ın bu deneylerinden beri önemli gelişmeler yapılmış ve DNA hesaplaması ile çalışan çeşitli Turing makinaları inşa edilebilmiştir.
1994 yılında ortaya konulan DNA'ya dayanan bilgisayar kavramı kombinasyon temelli problemlerin çözümünü hedefliyor. Yaşamın temel taşı olan ve en basitten en karmaşığına bütün canlıların fonksiyonlarını kodlayan DNA molekülünün basit ve kararlı yapısı, karmaşık matematik problemlerinin çözümü olarak önerilmiş. DNA bilgisayarları ‘ Problem’ olarak adlandırılan ve DNA'nın yapısını kullanarak çözüm üreten bir sistem. Kombinasyon temelli problemleri seri olarak çözmeye çalışan geleneksel bir bilgisayarın masif paralel olan DNA bilgisayarının hızına erişmesi asla mümkün olamaz. DNA bilgisayarlarının çok daha az enerji gerektirdiğini ve daha da önemlisi 1000 litre suyun, şimdiye kadar üretilmiş normal bilgisayar hafızalarından daha fazla bilgi tutabileceği ya da 1 kilogram DNA’nın bilişim kapasitesinin şimdiye kadar üretilmiş bilgisayarlardan daha fazla olduğunu göz önünde bulundurursak, bu sistemin kapasitesini anlayabiliriz.
1996’da biyomedikal mühendis , hippocampusun aktivitesini üretebilen, özel olarak tasarlanmış bir DNA çipi üretti. Şimdi ise mikroelektrodlarla bu çipi beyin hücrelerine (neuron) bağlamayı hedefliyor. Berger, kendi kara kutusunu inşa ederek beyni kopya edebilmek ve hippocampusun her algısı karşılığında ürettiği cevabın kusursuz olarak aynısını üretebilmeye çalışıyor. Hippocampusun özel bir bölgesi olan ‘dentate gyrus’ dokusunun taklidi bu yolla yapılmış bulunuyor. Böylece beynin her bölümünün fonksiyonlarını yerine getirebilecek çiplerin yapılabileceği de kanıtlanmış oluyor. Bu yaklaşımı kullanarak gerçek nöronları ve gerçek beyin sistemlerini kurabilmeyi amaçlayan Berger’in ümidi sadece belleği ve öğrenmeyi değil, hareketi ve algıları yöneten beyin bölgelerini de çözümleyebilmek.
1997’de ’te bir araştırma grubunun sonuçlanan araştırmalarının açıklanmasıyla, geliştirilen metodunun canlı beyin hücrelerine bağlanması başarıldı. Ayrıştırılan hippocampus hücresinin, yine in vitro olarak neurochipin bulunduğu ortama yerleştirilmesiyle ve beslenmesi için gerekli ortamın sağlanmasıyla, hücre dendritler ve akson geliştirdiğinde hemen yanındaki hücrenin akson ve dendirtleriyle elektrik bağlantısı kurup bilgi iletimini kurar. Bu gelişme üzerine yapılan araştırmalarda çok önemli bir adımı belgeliyor.
2002'de, Weizmann Institute of Science'de araştırmacılar, enzim ve DNA moleküllerinden oluşan programlanabilir bir moleküler hesap makinasını duyurdular. 2004'te ise aynı kuruluştan araçtırmacılar yeni bir DNA hesaplayıcısının duyurusunu yaptılar; bu sistem, bir girdi ve bir çıktı modülü ile birleştirilerek, bir hücrenin kanserli olduğunu teşhis edip, bu tanı üzerine bir anti-kanser ilacı salabilmekteydi.
2009'da biyohesaplayıcı sistemlerin standart silikon çiplerle birleştirilebildiği ilan edildi. Bu deneyde, yüzey-etkin silikon çipleri kullanılarak enzime dayalı bir OR-Reset/AND-Reset mantık sistemi elde edilmiştir. Bu sistem biyolojik ve elektromekanik sistemlerin hücreden küçük boyutta bütünleşmesinin ilk örneği olmuştur.
Özellikleri
DNA hesaplaması temelde paralel hesaplama yapmaktadır çünkü pek çok farklı DNA molekülü farklı olanakları aynı anda denemektedir.
DNA hesaplaması silikonlu bilgisayarlara kıyasla çok daha az enerji tüketir. Ligasyon reaksiyonu ve hatta DNA'nın iki ipliğinin ayrışması için adenozin trifosfat (ATP) kullanılır. Hem iplik hibridizasyonu hem de DNA omurgasının hidrolizi, DNA içinde depolanmış potansiyel enerjinin etkisiyle kendiliğinden olabilir. İki ATP molekülünün hidrolizi 1.5 x 10−19 J enerji salar. İkişer ATP molekülü kullanan pek çok geçiş (transition) olayı olsa dahi güç tüketimi düşüktür. Örneğin, Kahan, tasarımını sunduğu sistemin saniyede 109 transisyonu (geçişi) 10−10 W kullandığını belirtilmiştir. Shapiro da 4000 saniyede 7.5 x 1011 çıktı üreten bir sistemini rapor etmiştir ki bu da ~ 10−10 W enerji üretimine karşılık gelir.
Özelleşmiş bazı problemler için DNA bilgisayarları bugüne kadar imal edilmiş tüm bilgisayarlardan daha hızlı ve daha küçüktür. Bazı matematik hesaplamaların DNA bilgisayarı üzerinde çalıştığı gösterilmiştir. Örneğin Strassen'in matris çarpım algoritmasının bir DNA bilgisayarında çalışabilen genel ve ölçeklenebilir bir uygulamasını yayımlanmıştır.
Ancak, DNA hesaplaması hesaplanabilirlik kuramı bakımından yeni bir yetenek sağlamamaktadır. Hesaplanabilirlik kuramı farklı hesaplama modelleri ile hangi problemlerin berimsel olarak çözülebilir olduğunun araştırmasıdır. Örneğin, bir problemin çözümü için gereken bellek hacmi üssel olarak büyüyorsa ( tabir edilen problemler), DNA makinalarında da üssel olarak büyür. Çok büyük EXSPACE problemlerinde gerekli olan DNA miktarı kullanışlı olamayacak derecede çoktur. (Buna karşın ilginç yeni berimsel yetenekler sağlamaktadır.)
DNA hesaplaması DNA nanoteknolojisi ile örtüşen ama ondan farklı bir sahadır. DNA nanoteknolojisi Watson-Crick baz eşleşmesinin spesifisitesini ve DNA'nın diğer özelliklerini kullanarak DNA'dan yeni yapılar inşa eder. Bu yapılar DNA hesaplamasında kullanılabilir ama bu şart değildir. Buna ek olarak, DNA hesaplaması DNA nanoteknolojisi ile mümkün olan bu tür molekülleri kullanmadan da yapılabilir.
Yöntem
DNA temelli bir hesaplama cihazı inşa etmenin çeşitli yöntemleri vardır, her birinin avantajları ve dezavantajları vardır. Bunların çoğu DNA'dan yapılmış temel mantıksal kapılardır (, , ). Sistemin çalışması için ayrıca oligonükleotitler, enzimler, DNA dizilimler ve polimeraz zincir tepkimesi kullanılır.
DNAzimler
Katalitik DNA ( veya DNAzim), uygun bir sinyal girdisinin (uyuşan bir oligonükleotit gibi) varlığı hâlinde bir reaksiyonu katalizler. DNAzimler, silikon temelli sayısal mantığa benzer şekilde çalışan mantık kapıları imal etmekte kullanılır. Ancak, DNAzimler 1-, 2- ve 3-girdili kapılarla sınırlıdır ve birbirini seri olarak izleyen önermeleri değerlendirebilecek tasarımlar hâlen mevcut değildir.
DNAzim mantık kapısında, kendisi ile uyuşan bir oligonükleotite bağlandığı ve kendi bağlı olduğu fluorogenik substrat kesilip salınınca bu mantık kapısının yapısı değişir. Başka malzemeler de kullanılabilse de, çoğu modeller flüroresan bir substrat kullanırlar çünkü bunun algılanması kolaydır, tek molekül seviyesinde dahi. Flüoresans miktarı ölçülerek bir reaksiyonun olup olmadığı anlaşılabilir. Değişen bir DNAzim "kullanılmış" olur ve yeni bir reaksiyon başlatamaz. Bu yüzden, bu reaksiyonlar eski ürünün atıldığı ve yeni moleküllerin eklenebildiği, sürekli karıştırmalı tank benzeri bir alet içinde bu reaksiyonlar yer alır.
Yaygın kullanılan iki DNAzimi E6 ve 8-17 olarak adlandırılır. Bunların popüler olmasının nedeni, bir substratın herhangi bir yerinden kesilmesine olanak vermeleridir. Stojanovic ve MacDonald, E6 DNAzimini kullanarak ve makinalarını yaratmışlardır; Stojanovic ise, 8-17 DNAzimini kullanarak mantık kapıları yapılabileceğini göstermiştir. Bu DNAzimlerin mantık kapıları yapmakta yararlı olduğu gösterilmiş olmakla beraber, işlev göstermek için Zn2+ veya Mn2+ gibi bir metal kofaktörüne gerek duymaları onların yaygın kullanımını kisitlar, bunlar in vivo kullanılamazlar.
adı verilen bir tasarım, ucunda bir ilmik olan tek bir DNA ipliğinden oluşur, bu ilmik kısmına başka bir DNA ipliği bağlanınca bu dinamik yapı açılıp kapanır. Bu olgudan yararlanılarak çeşitli mantıksal kapılar yaratılmıştır. Bu mantıksal kapılar and adlı bilgisayarların tasarımında kullanılmıştır.
Enzimler
Enzim-temelli DNA bilgisayarları basit Turing makinası şeklinde çalışırlar; enzim, Turing makinasına karşılık gelir, DNA da yazılıma. Shapiro enzimi ile çalışan bir DNA bilgisayarı üretmiştir. sonra bu çalışmayı geliştirerek prostat kanseri tanısı koyabilen ve ona bir tepki verebilen bir otomat imal etmiştir: otomat ve genlerinin düşük ifadesi ile, ve genlerinin yüksek ifadesine duyarlıdır. Bu otomat bu genlerin ifade düzeyini teker teker belirlemekte ve pozitif tanı hâlinde kendini keserek tek sarmallı bir DNA molekülü salmaktadır. Bu tek sarmallı DNA genine ters anlamlıdır (MD2 p53'in bir represörü, yani bir tümör süpresörüdür). Bu sistemin tasarımında, negatif tanı hâlinde bu otomatın hiçbir şey yapmamasındansa pozitif tanı ilacının bir baskılayıcısını salmasına karar verilmişti. Bu uygulamanın bir sınırlaması, iki farklı otomata gerek olmasıdır, her bir ilaç için ayrı bir otomat gerekmektedir. İlacın salınmasına kadar geçen değerlendirme safhası yaklaşık bir saat sürmektedir. Bu yöntem ayrıca geçiş molekülleri ve FokI enzimin mevcut olmasını gerektirmektedir. FokI enziminin gerekliliği in vivo uygulamayı sınırlamaktadır, en azından "üst düzey organizmalarda" kullanım söz konusuysa. Bu tasarımda 'yazılım' molekülleri tekrar kullanılabilmektedir.
Tutanma yeri değişimi
Bazı DNA bilgisayarlarından bir "girdi" DNA ipliği başka bir DNA molekülündeki (tutunma yeri) bağlanır, bu sayede o moleküldeki öbür ipliğin yerine geçebilir. Bu tasarım sayesinde modüler AND, OR ve NOT kapıları ve sinyal amplifikatörleri yaratılabilir ve bunlar olabildiğince büyük bilgisayarlara bağlanabilir. Bu DNA bilgisayarları enzim gerektirmez.
Algoritmik öz birleşme
DNA nanoteknolojisi, kendisiyle ilişkili olan DNA hesaplaması sahasında uygulanmıştır. Çoklu yapışkan uçları olan DNA "karoları" tasarlanabilir, bu DNA moleküllerinin dizileri uygun şekilde seçilirse özelliğinde karolar oluşur. "Çifte krosover" (DX kısaltması ile bilinir) parçalarının birleşmesinden oluşan bir dizilimin mantık işlemini kodladığı gösterilmiştir; Bunun sonucunda, DNA dizilimi hücresel otomat gibi davranarak olarak adlandırılan bir fraktal üretir. Böylece gösterilmiştir ki DNA dizilimlerine hesap ürünleri de dahil edilebilmekte ve basit periyodik dizilimlerden daha karmaşık yapılar oluşturabilmektedir.
Ayrıca bakınız
Kaynakça
- ^ Leonard M. Adleman (11 Kasım 1994). (PDF). Science. 266 (11). ss. 1021-1024. doi:10.1126/science.7973651. 6 Şubat 2005 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Ağustos 2010. — İlk DNA hesaplama makalesi, yönlendirilmiş bir çözümünü sunar.
- ^ Dan Boneh, Christopher Dunworth, Richard J. Lipton, and Jiri Sgall (1996). "On the Computational Power of DNA" (PDF). DAMATH: Discrete Applied Mathematics and Combinatorial Operations Research and Computer Science. Cilt 71. ss. pp. 79-94. 1 Haziran 2010 tarihinde kaynağından (PDF). Erişim tarihi: 20 Ağustos 2010. — 'inin bir çözümünü sunar.
- ^ Lila Kari, Greg Gloor, Sheng Yu (Ocak 2000). "Using DNA to solve the Bounded Post Correspondence Problem". Theoretical Computer Science. 231 (2). ss. 192-203. 18 Nisan 2008 tarihinde kaynağından . Erişim tarihi: 20 Ağustos 2010. — NP-tam problem olan sınırlı 'inin bir çözümünü sunar.
- ^ Lovgren, Stefan (24 Şubat 2003). "Computer Made from DNA and Enzymes". National Geographic. 6 Eylül 2015 tarihinde kaynağından . Erişim tarihi: 26 Kasım 2009.
- ^ a b Yaakov Benenson1, Binyamin Gil, Uri Ben-Dor, Rivka Adar, Ehud Shapiro (28 Nisan 2004). "An autonomous molecular computer for logical control of gene expression" (PDF). Nature. Cilt 429. ss. 423-429. doi:10.1038/nature02551. 9 Ağustos 2017 tarihinde kaynağından (PDF). Erişim tarihi: 20 Ağustos 2010.
- ^ Melina Kramer, Marcos Pita, Jian Zhou, Maryna Ornatska, Arshak Poghossian, Michael Schoning, and Evgeny Katz (3 Aralık 2008). "Coupling of Biocomputing Systems with Electronic Chips: Electronic Interface for Transduction of Biochemical Information". Journal of Physical Chemistry. Cilt 113. ss. 2573-2579. doi:10.1021/jp808320s.
- ^ David I. Lewin (2002). "DNA Computing". Computing in Science & Engineering. 4 (3). ss. 5-8. doi:10.1109/5992.998634.
- ^ C. H. Bennett (1973). "Logical Reversal of Computation". IBM Journal of Research and Development. 17 (6). ss. 525-532. Link 4 Mart 2016 tarihinde Wayback Machine sitesinde .
- ^ a b Kahan, M; Gil, B; Adar, R; Shapiro, E (2008). "Towards Molecular Computers that Operate in a Biological Environment". Physica D: Nonlinear Phenomena. 237 (9). ss. 1165-1172. doi:10.1016/j.physd.2008.01.027.
- ^ a b Benenson, Yaakov; Paz-Elizur, Tamar; Adar, Rivka; Keinan, Ehud; Livneh, Zvi; Shapiro, Ehud (2001). "Programmable and Autonomous Computing Machine Made of Biomolecules". Nature. 414 (6862). ss. 430-434. doi:10.1038/35106533.
- ^ Nayebi, A (2009). "Parallel DNA implementation of fast matrix multiplication techniques based on an n-moduli set". arXiv: 0912.0750. ss. 1-15.
|dergi=dış bağlantı () - ^ a b Shimon Weiss (1999). "Fluorescence Spectroscopy of Single Biomolecules". Science. 283 (5408). ss. 1676-1683. doi:10.1126/science.283.5408.1676.
- ^ Stephen W. Santoro, Gerald F. Joyce (1997). "A General Purpose RNA-cleaving DNA Enzyme". Proc. Natl. Acad. Sci. 94 (9). ss. 4262-4266. doi:10.1073/pnas.94.9.4262.
- ^ Milan Stojanovic, Darko Stefanovic (2003). "A Deoxyribozyme-Based Molecular Automaton". Nature Biotechnology. 21 (9). ss. 1069-1074. doi:10.1038/nbt862.
- ^ MacDonald, Joanne; Li, Yang; Sutovic, Marko; Lederman, Harvey; Pendri, Kiran; Lu, Wanhong; Andrews, Benjamin L.; Stefanovic, Darko; Stojanovic, Milan N. (2006). "Medium Scale Integration of Molecular Logic Gates in an Automaton". Nano Letters. 6 (11). ss. 2598-2603. doi:10.1021/nl0620684.
- ^ Stojanovic, Milan N.; Mitchell, Tiffany Elizabeth; Stefanovic, Darko (2002). "Deoxyribozyme-Based Logic Gates". Journal of the American Chemical Society. Cilt 124. ss. 3555-3561. doi:10.1021/ja016756v.
- ^ Rani P. G. Cruz, Johanna B. Withers, Yingfu Li. (2004). "Dinucleotide Junction Cleavage: Versatility of 8-17 Deoxyribozyme". Chemistry & Biology. 11 (1). ss. 57-67.
- ^ . 18 Haziran 2010 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Ağustos 2010.
- ^ MAYA II 18 Haziran 2010 tarihinde Wayback Machine sitesinde . ikinci nesil "üç taş" oynayan otomat.
- ^ Shapiro, Ehud (7 Aralık 1999). . Weizmann Institute of Science. 3 Ocak 2009 tarihinde kaynağından arşivlendi.
- ^ Gareth L. Bond, Wenwei Hu, and Arnold J. Levine (2005). "MDM2 is a Central Node in the p53 Pathway: 12 Years and Counting". Current Cancer Drug Targets. 5 (1). ss. 3-8. doi:10.2174/1568009053332627.
- ^ Seelig, G.; Soloveichik, D.; Zhang, D. Y.; Winfree, E. (2006). "Enzyme-Free Nucleic Acid Logic Circuits". Science. Cilt 314. s. 1585. doi:10.1126/science.1132493.
- ^ a b Rothemund, Paul W. K. (Aralık 2004). "Algorithmic Self-Assembly of DNA Sierpinski Triangles". PLoS Biology. 2 (12). ss. 2041-2053. doi:10.1371/journal.pbio.0020424. ISSN 1544-9173.
Konuyla ilgili yayınlar
- Martyn Amos (Haziran 2005). Theoretical and Experimental DNA Computation. Springer. ISBN .[] — Bu sahanın tamamı hakkındaki ilk genel kitap.
- Gheorge Paun, Grzegorz Rozenberg, Arto Salomaa (Ekim 1998). DNA Computing - New Computing Paradigms. Springer-Verlag. ISBN . — Kitap DNA'nın biyokimyası, dil ve berisel kuramlarla başlayıp DNA hesaplamasının ileri matematiksel kuramlarıyla devam etmektedir.
- JB. Waldner (Ocak 2007). Nanocomputers and Swarm Intelligence. ISTE. s. 189. ISBN .
- Zoja Ignatova, Israel Martinez-Perez, Karl-Heinz Zimmermann (Ocak 2008). DNA Computing Models. Springer. s. 288. ISBN . 24 Mayıs 2011 tarihinde kaynağından . Erişim tarihi: 20 Ağustos 2010. — Tüm konuyu kapsayan genel bir kitap.
Dış bağlantılar
- How Stuff Works açıklaması 21 Şubat 2016 tarihinde Wayback Machine sitesinde .
- Physics Web 25 Ağustos 2004 tarihinde Wayback Machine sitesinde .
- Ars Technica 11 Temmuz 2007 tarihinde Wayback Machine sitesinde .
- NY Times DNA Computer for detecting Cancer 30 Ocak 2010 tarihinde Wayback Machine sitesinde .
- International Meeting on DNA Computing and Molecular Programming 25 Şubat 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde .
- LiveScience.com-How DNA Could Power Computers
wikipedia, wiki, viki, vikipedia, oku, kitap, kütüphane, kütübhane, ara, ara bul, bul, herşey, ne arasanız burada,hikayeler, makale, kitaplar, öğren, wiki, bilgi, tarih, yukle, izle, telefon için, turk, türk, türkçe, turkce, nasıl yapılır, ne demek, nasıl, yapmak, yapılır, indir, ücretsiz, ücretsiz indir, bedava, bedava indir, mp3, video, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, resim, müzik, şarkı, film, film, oyun, oyunlar, mobil, cep telefonu, telefon, android, ios, apple, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, pc, web, computer, bilgisayar
DNA bilgisayari veya DNA hesaplamasi geleneksel silikon temelli yapi bilesenleri veya bilgisayar teknolojileri yerine DNA biyokimya ve molekuler biyoloji kullanarak yapilan bir hesaplama bicimi hesap edilen yeni nesil bilgisayarlardir DNA hesaplamasi veya daha genel olarak biyomolekuler hesaplama hizla gelisen disiplinler arasi bir sahadir Bu sahadaki arastirma ve gelistirmenin konulari DNA hesaplamasinin teorisi uygulamasi ve bu konuda yapilan deneyleri kapsar Hacmi sadece 1 cm olan 1 gram DNA 750 terabayt bilgi barindirabilir Biyouyumlu hesaplama cihazi Deoksiribonukleik asit DNA TarihNorofizyologlar beynin gizemli mekanizmasini kesfedebilmek icin ilk once yasamsal fonksiyonlarini nasil yerine getirebildigini cozebilmeyi hedeflediler Algilarin yani sira ogrenme ve fonksiyonlarin gerceklestigi beynin hipokampus bolgesinin bir protezinin yapilmasi hedeflendi Bu saha ilk Leonard Adleman tarafindan 1994 te baslatildi Adleman 7 noktali cozerek DNA nin bir hesaplama araci olarak kullanilabileceginin kavramini ispatladi Adleman in bu deneylerinden beri onemli gelismeler yapilmis ve DNA hesaplamasi ile calisan cesitli Turing makinalari insa edilebilmistir 1994 yilinda ortaya konulan DNA ya dayanan bilgisayar kavrami kombinasyon temelli problemlerin cozumunu hedefliyor Yasamin temel tasi olan ve en basitten en karmasigina butun canlilarin fonksiyonlarini kodlayan DNA molekulunun basit ve kararli yapisi karmasik matematik problemlerinin cozumu olarak onerilmis DNA bilgisayarlari Problem olarak adlandirilan ve DNA nin yapisini kullanarak cozum ureten bir sistem Kombinasyon temelli problemleri seri olarak cozmeye calisan geleneksel bir bilgisayarin masif paralel olan DNA bilgisayarinin hizina erismesi asla mumkun olamaz DNA bilgisayarlarinin cok daha az enerji gerektirdigini ve daha da onemlisi 1000 litre suyun simdiye kadar uretilmis normal bilgisayar hafizalarindan daha fazla bilgi tutabilecegi ya da 1 kilogram DNA nin bilisim kapasitesinin simdiye kadar uretilmis bilgisayarlardan daha fazla oldugunu goz onunde bulundurursak bu sistemin kapasitesini anlayabiliriz 1996 da biyomedikal muhendis hippocampusun aktivitesini uretebilen ozel olarak tasarlanmis bir DNA cipi uretti Simdi ise mikroelektrodlarla bu cipi beyin hucrelerine neuron baglamayi hedefliyor Berger kendi kara kutusunu insa ederek beyni kopya edebilmek ve hippocampusun her algisi karsiliginda urettigi cevabin kusursuz olarak aynisini uretebilmeye calisiyor Hippocampusun ozel bir bolgesi olan dentate gyrus dokusunun taklidi bu yolla yapilmis bulunuyor Boylece beynin her bolumunun fonksiyonlarini yerine getirebilecek ciplerin yapilabilecegi de kanitlanmis oluyor Bu yaklasimi kullanarak gercek noronlari ve gercek beyin sistemlerini kurabilmeyi amaclayan Berger in umidi sadece bellegi ve ogrenmeyi degil hareketi ve algilari yoneten beyin bolgelerini de cozumleyebilmek 1997 de te bir arastirma grubunun sonuclanan arastirmalarinin aciklanmasiyla gelistirilen metodunun canli beyin hucrelerine baglanmasi basarildi Ayristirilan hippocampus hucresinin yine in vitro olarak neurochipin bulundugu ortama yerlestirilmesiyle ve beslenmesi icin gerekli ortamin saglanmasiyla hucre dendritler ve akson gelistirdiginde hemen yanindaki hucrenin akson ve dendirtleriyle elektrik baglantisi kurup bilgi iletimini kurar Bu gelisme uzerine yapilan arastirmalarda cok onemli bir adimi belgeliyor 2002 de Weizmann Institute of Science de arastirmacilar enzim ve DNA molekullerinden olusan programlanabilir bir molekuler hesap makinasini duyurdular 2004 te ise ayni kurulustan aractirmacilar yeni bir DNA hesaplayicisinin duyurusunu yaptilar bu sistem bir girdi ve bir cikti modulu ile birlestirilerek bir hucrenin kanserli oldugunu teshis edip bu tani uzerine bir anti kanser ilaci salabilmekteydi 2009 da biyohesaplayici sistemlerin standart silikon ciplerle birlestirilebildigi ilan edildi Bu deneyde yuzey etkin silikon cipleri kullanilarak enzime dayali bir OR Reset AND Reset mantik sistemi elde edilmistir Bu sistem biyolojik ve elektromekanik sistemlerin hucreden kucuk boyutta butunlesmesinin ilk ornegi olmustur OzellikleriDNA hesaplamasi temelde paralel hesaplama yapmaktadir cunku pek cok farkli DNA molekulu farkli olanaklari ayni anda denemektedir DNA hesaplamasi silikonlu bilgisayarlara kiyasla cok daha az enerji tuketir Ligasyon reaksiyonu ve hatta DNA nin iki ipliginin ayrismasi icin adenozin trifosfat ATP kullanilir Hem iplik hibridizasyonu hem de DNA omurgasinin hidrolizi DNA icinde depolanmis potansiyel enerjinin etkisiyle kendiliginden olabilir Iki ATP molekulunun hidrolizi 1 5 x 10 19 J enerji salar Ikiser ATP molekulu kullanan pek cok gecis transition olayi olsa dahi guc tuketimi dusuktur Ornegin Kahan tasarimini sundugu sistemin saniyede 109 transisyonu gecisi 10 10 W kullandigini belirtilmistir Shapiro da 4000 saniyede 7 5 x 1011 cikti ureten bir sistemini rapor etmistir ki bu da 10 10 W enerji uretimine karsilik gelir Ozellesmis bazi problemler icin DNA bilgisayarlari bugune kadar imal edilmis tum bilgisayarlardan daha hizli ve daha kucuktur Bazi matematik hesaplamalarin DNA bilgisayari uzerinde calistigi gosterilmistir Ornegin Strassen in matris carpim algoritmasinin bir DNA bilgisayarinda calisabilen genel ve olceklenebilir bir uygulamasini yayimlanmistir Ancak DNA hesaplamasi hesaplanabilirlik kurami bakimindan yeni bir yetenek saglamamaktadir Hesaplanabilirlik kurami farkli hesaplama modelleri ile hangi problemlerin berimsel olarak cozulebilir oldugunun arastirmasidir Ornegin bir problemin cozumu icin gereken bellek hacmi ussel olarak buyuyorsa tabir edilen problemler DNA makinalarinda da ussel olarak buyur Cok buyuk EXSPACE problemlerinde gerekli olan DNA miktari kullanisli olamayacak derecede coktur Buna karsin ilginc yeni berimsel yetenekler saglamaktadir DNA hesaplamasi DNA nanoteknolojisi ile ortusen ama ondan farkli bir sahadir DNA nanoteknolojisi Watson Crick baz eslesmesinin spesifisitesini ve DNA nin diger ozelliklerini kullanarak DNA dan yeni yapilar insa eder Bu yapilar DNA hesaplamasinda kullanilabilir ama bu sart degildir Buna ek olarak DNA hesaplamasi DNA nanoteknolojisi ile mumkun olan bu tur molekulleri kullanmadan da yapilabilir YontemDNA temelli bir hesaplama cihazi insa etmenin cesitli yontemleri vardir her birinin avantajlari ve dezavantajlari vardir Bunlarin cogu DNA dan yapilmis temel mantiksal kapilardir Sistemin calismasi icin ayrica oligonukleotitler enzimler DNA dizilimler ve polimeraz zincir tepkimesi kullanilir DNAzimlerKatalitik DNA veya DNAzim uygun bir sinyal girdisinin uyusan bir oligonukleotit gibi varligi halinde bir reaksiyonu katalizler DNAzimler silikon temelli sayisal mantiga benzer sekilde calisan mantik kapilari imal etmekte kullanilir Ancak DNAzimler 1 2 ve 3 girdili kapilarla sinirlidir ve birbirini seri olarak izleyen onermeleri degerlendirebilecek tasarimlar halen mevcut degildir DNAzim mantik kapisinda kendisi ile uyusan bir oligonukleotite baglandigi ve kendi bagli oldugu fluorogenik substrat kesilip salininca bu mantik kapisinin yapisi degisir Baska malzemeler de kullanilabilse de cogu modeller fluroresan bir substrat kullanirlar cunku bunun algilanmasi kolaydir tek molekul seviyesinde dahi Fluoresans miktari olculerek bir reaksiyonun olup olmadigi anlasilabilir Degisen bir DNAzim kullanilmis olur ve yeni bir reaksiyon baslatamaz Bu yuzden bu reaksiyonlar eski urunun atildigi ve yeni molekullerin eklenebildigi surekli karistirmali tank benzeri bir alet icinde bu reaksiyonlar yer alir Yaygin kullanilan iki DNAzimi E6 ve 8 17 olarak adlandirilir Bunlarin populer olmasinin nedeni bir substratin herhangi bir yerinden kesilmesine olanak vermeleridir Stojanovic ve MacDonald E6 DNAzimini kullanarak ve makinalarini yaratmislardir Stojanovic ise 8 17 DNAzimini kullanarak mantik kapilari yapilabilecegini gostermistir Bu DNAzimlerin mantik kapilari yapmakta yararli oldugu gosterilmis olmakla beraber islev gostermek icin Zn2 veya Mn2 gibi bir metal kofaktorune gerek duymalari onlarin yaygin kullanimini kisitlar bunlar in vivo kullanilamazlar adi verilen bir tasarim ucunda bir ilmik olan tek bir DNA ipliginden olusur bu ilmik kismina baska bir DNA ipligi baglaninca bu dinamik yapi acilip kapanir Bu olgudan yararlanilarak cesitli mantiksal kapilar yaratilmistir Bu mantiksal kapilar and adli bilgisayarlarin tasariminda kullanilmistir EnzimlerEnzim temelli DNA bilgisayarlari basit Turing makinasi seklinde calisirlar enzim Turing makinasina karsilik gelir DNA da yazilima Shapiro enzimi ile calisan bir DNA bilgisayari uretmistir sonra bu calismayi gelistirerek prostat kanseri tanisi koyabilen ve ona bir tepki verebilen bir otomat imal etmistir otomat ve genlerinin dusuk ifadesi ile ve genlerinin yuksek ifadesine duyarlidir Bu otomat bu genlerin ifade duzeyini teker teker belirlemekte ve pozitif tani halinde kendini keserek tek sarmalli bir DNA molekulu salmaktadir Bu tek sarmalli DNA genine ters anlamlidir MD2 p53 in bir represoru yani bir tumor supresorudur Bu sistemin tasariminda negatif tani halinde bu otomatin hicbir sey yapmamasindansa pozitif tani ilacinin bir baskilayicisini salmasina karar verilmisti Bu uygulamanin bir sinirlamasi iki farkli otomata gerek olmasidir her bir ilac icin ayri bir otomat gerekmektedir Ilacin salinmasina kadar gecen degerlendirme safhasi yaklasik bir saat surmektedir Bu yontem ayrica gecis molekulleri ve FokI enzimin mevcut olmasini gerektirmektedir FokI enziminin gerekliligi in vivo uygulamayi sinirlamaktadir en azindan ust duzey organizmalarda kullanim soz konusuysa Bu tasarimda yazilim molekulleri tekrar kullanilabilmektedir Tutanma yeri degisimi Bazi DNA bilgisayarlarindan bir girdi DNA ipligi baska bir DNA molekulundeki tutunma yeri baglanir bu sayede o molekuldeki obur ipligin yerine gecebilir Bu tasarim sayesinde moduler AND OR ve NOT kapilari ve sinyal amplifikatorleri yaratilabilir ve bunlar olabildigince buyuk bilgisayarlara baglanabilir Bu DNA bilgisayarlari enzim gerektirmez Algoritmik oz birlesme ne benzer DNA dizilimleri Daha cok ayrinti icin resme tiklayin DNA nanoteknolojisi kendisiyle iliskili olan DNA hesaplamasi sahasinda uygulanmistir Coklu yapiskan uclari olan DNA karolari tasarlanabilir bu DNA molekullerinin dizileri uygun sekilde secilirse ozelliginde karolar olusur Cifte krosover DX kisaltmasi ile bilinir parcalarinin birlesmesinden olusan bir dizilimin mantik islemini kodladigi gosterilmistir Bunun sonucunda DNA dizilimi hucresel otomat gibi davranarak olarak adlandirilan bir fraktal uretir Boylece gosterilmistir ki DNA dizilimlerine hesap urunleri de dahil edilebilmekte ve basit periyodik dizilimlerden daha karmasik yapilar olusturabilmektedir Ayrica bakinizParalel hesaplamaKaynakca Leonard M Adleman 11 Kasim 1994 PDF Science 266 11 ss 1021 1024 doi 10 1126 science 7973651 6 Subat 2005 tarihinde kaynagindan PDF arsivlendi Erisim tarihi 20 Agustos 2010 Ilk DNA hesaplama makalesi yonlendirilmis bir cozumunu sunar Dan Boneh Christopher Dunworth Richard J Lipton and Jiri Sgall 1996 On the Computational Power of DNA PDF DAMATH Discrete Applied Mathematics and Combinatorial Operations Research and Computer Science Cilt 71 ss pp 79 94 1 Haziran 2010 tarihinde kaynagindan PDF Erisim tarihi 20 Agustos 2010 KB1 bakim Birden fazla ad yazar listesi link KB1 bakim Fazladan yazi link inin bir cozumunu sunar Lila Kari Greg Gloor Sheng Yu Ocak 2000 Using DNA to solve the Bounded Post Correspondence Problem Theoretical Computer Science 231 2 ss 192 203 18 Nisan 2008 tarihinde kaynagindan Erisim tarihi 20 Agustos 2010 KB1 bakim Birden fazla ad yazar listesi link NP tam problem olan sinirli inin bir cozumunu sunar Lovgren Stefan 24 Subat 2003 Computer Made from DNA and Enzymes National Geographic 6 Eylul 2015 tarihinde kaynagindan Erisim tarihi 26 Kasim 2009 a b Yaakov Benenson1 Binyamin Gil Uri Ben Dor Rivka Adar Ehud Shapiro 28 Nisan 2004 An autonomous molecular computer for logical control of gene expression PDF Nature Cilt 429 ss 423 429 doi 10 1038 nature02551 9 Agustos 2017 tarihinde kaynagindan PDF Erisim tarihi 20 Agustos 2010 KB1 bakim Birden fazla ad yazar listesi link Melina Kramer Marcos Pita Jian Zhou Maryna Ornatska Arshak Poghossian Michael Schoning and Evgeny Katz 3 Aralik 2008 Coupling of Biocomputing Systems with Electronic Chips Electronic Interface for Transduction of Biochemical Information Journal of Physical Chemistry Cilt 113 ss 2573 2579 doi 10 1021 jp808320s KB1 bakim Birden fazla ad yazar listesi link David I Lewin 2002 DNA Computing Computing in Science amp Engineering 4 3 ss 5 8 doi 10 1109 5992 998634 C H Bennett 1973 Logical Reversal of Computation IBM Journal of Research and Development 17 6 ss 525 532 Link 4 Mart 2016 tarihinde Wayback Machine sitesinde a b Kahan M Gil B Adar R Shapiro E 2008 Towards Molecular Computers that Operate in a Biological Environment Physica D Nonlinear Phenomena 237 9 ss 1165 1172 doi 10 1016 j physd 2008 01 027 a b Benenson Yaakov Paz Elizur Tamar Adar Rivka Keinan Ehud Livneh Zvi Shapiro Ehud 2001 Programmable and Autonomous Computing Machine Made of Biomolecules Nature 414 6862 ss 430 434 doi 10 1038 35106533 Nayebi A 2009 Parallel DNA implementation of fast matrix multiplication techniques based on an n moduli set arXiv 0912 0750 ss 1 15 dergi dis baglanti yardim a b Shimon Weiss 1999 Fluorescence Spectroscopy of Single Biomolecules Science 283 5408 ss 1676 1683 doi 10 1126 science 283 5408 1676 Stephen W Santoro Gerald F Joyce 1997 A General Purpose RNA cleaving DNA Enzyme Proc Natl Acad Sci 94 9 ss 4262 4266 doi 10 1073 pnas 94 9 4262 Milan Stojanovic Darko Stefanovic 2003 A Deoxyribozyme Based Molecular Automaton Nature Biotechnology 21 9 ss 1069 1074 doi 10 1038 nbt862 MacDonald Joanne Li Yang Sutovic Marko Lederman Harvey Pendri Kiran Lu Wanhong Andrews Benjamin L Stefanovic Darko Stojanovic Milan N 2006 Medium Scale Integration of Molecular Logic Gates in an Automaton Nano Letters 6 11 ss 2598 2603 doi 10 1021 nl0620684 Stojanovic Milan N Mitchell Tiffany Elizabeth Stefanovic Darko 2002 Deoxyribozyme Based Logic Gates Journal of the American Chemical Society Cilt 124 ss 3555 3561 doi 10 1021 ja016756v Rani P G Cruz Johanna B Withers Yingfu Li 2004 Dinucleotide Junction Cleavage Versatility of 8 17 Deoxyribozyme Chemistry amp Biology 11 1 ss 57 67 KB1 bakim Birden fazla ad yazar listesi link 18 Haziran 2010 tarihinde kaynagindan arsivlendi Erisim tarihi 20 Agustos 2010 MAYA II 18 Haziran 2010 tarihinde Wayback Machine sitesinde ikinci nesil uc tas oynayan otomat Shapiro Ehud 7 Aralik 1999 Weizmann Institute of Science 3 Ocak 2009 tarihinde kaynagindan arsivlendi Gareth L Bond Wenwei Hu and Arnold J Levine 2005 MDM2 is a Central Node in the p53 Pathway 12 Years and Counting Current Cancer Drug Targets 5 1 ss 3 8 doi 10 2174 1568009053332627 KB1 bakim Birden fazla ad yazar listesi link Seelig G Soloveichik D Zhang D Y Winfree E 2006 Enzyme Free Nucleic Acid Logic Circuits Science Cilt 314 s 1585 doi 10 1126 science 1132493 a b Rothemund Paul W K Aralik 2004 Algorithmic Self Assembly of DNA Sierpinski Triangles PLoS Biology 2 12 ss 2041 2053 doi 10 1371 journal pbio 0020424 ISSN 1544 9173 Konuyla ilgili yayinlarMartyn Amos Haziran 2005 Theoretical and Experimental DNA Computation Springer ISBN 3 540 65773 8 olu kirik baglanti Bu sahanin tamami hakkindaki ilk genel kitap Gheorge Paun Grzegorz Rozenberg Arto Salomaa Ekim 1998 DNA Computing New Computing Paradigms Springer Verlag ISBN 3 540 64196 3 KB1 bakim Birden fazla ad yazar listesi link Kitap DNA nin biyokimyasi dil ve berisel kuramlarla baslayip DNA hesaplamasinin ileri matematiksel kuramlariyla devam etmektedir JB Waldner Ocak 2007 Nanocomputers and Swarm Intelligence ISTE s 189 ISBN 2746215160 Zoja Ignatova Israel Martinez Perez Karl Heinz Zimmermann Ocak 2008 DNA Computing Models Springer s 288 ISBN 978 0 387 73635 8 24 Mayis 2011 tarihinde kaynagindan Erisim tarihi 20 Agustos 2010 KB1 bakim Birden fazla ad yazar listesi link Tum konuyu kapsayan genel bir kitap Dis baglantilarHow Stuff Works aciklamasi 21 Subat 2016 tarihinde Wayback Machine sitesinde Physics Web 25 Agustos 2004 tarihinde Wayback Machine sitesinde Ars Technica 11 Temmuz 2007 tarihinde Wayback Machine sitesinde NY Times DNA Computer for detecting Cancer 30 Ocak 2010 tarihinde Wayback Machine sitesinde International Meeting on DNA Computing and Molecular Programming 25 Subat 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde LiveScience com How DNA Could Power Computers