Computern mit DNA
Künftige Rechnergenerationen könnten sich Mutter Natur zunutze machen.
(Bild: Shutterstock)
Forscher wollen die molekularen Interaktionsmöglichkeiten von DNA-Strängen für neue Computeranwendungen nutzen, berichtet Technology Review in seiner Oktober-Ausgabe ("Programmieren wie Mutter Natur"), die ab Donnerstag am Kiosk liegt oder online bestellt werden kann.
Schon die Speicherkapazität des Erbmoleküls ist astronomisch: Bis zu 455 Exabyte (Milliarden Gigabyte) kann man laut einer Harvard-Studie aus dem Jahr 2012 in einem Gramm DNA unterbringen, wenn man sie als Datenspeicher nutzt. DNA hat aber noch weit mehr zu bieten. Aus den Interaktionen von DNA-Strängen lassen sich chemische Schaltkreise bauen, mit denen sich prinzipiell alle denkbaren Programme ausführen ließen.
Schaltkreise aus DNA
Im Jahr 2011 stellten Erik Winfree, Professor für Informatik am California Institute of Technology, und seine Kollegin Lulu Qian einen neuen Ansatz vor, der genau das ermöglicht. Dabei griffen sie auf eine natürliche Eigenschaft der Erbgutmoleküle zurück. Sie haben die Tendenz, perfekte Doppelstränge zu bilden. Ein passender Teilstrang ersetzt deshalb auf einem Doppelstrang immer einen schlechter passenden Teilstrang.
Winfree und Qian entwickeln mittlerweile DNA-Stränge, die diese Eigenschaft zweifach ausnutzten: Sie bestanden aus zwei aufeinanderfolgenden DNA-Sequenzen, von denen immer nur eine an einen Partnerstrang gebunden ist. Erst wenn die erste Sequenz von ihrem Doppelstrang gelöst wird, kann die zweite Sequenz aktiv werden und ihrerseits einen DNA-Strang ersetzen. Weil dieser Prozess umkehrbar ist, nannten Qian und Winfree ihre Schöpfung "Wippschalter". Jede DNA-Ersetzung entspricht einer logischen Wenn-dann-Operation, wie jene, die Transistoren auf einem elektronischen Prozessor ausführen. Prinzipiell also kann man aus DNA-Wippschaltern beliebige Schaltkreise aufbauen.
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(bsc)
