Struktura procesora Pentium II 400 MHz zbudowana jest 6,5 miliona tranzystor≤w

Informatyka jest niew▒tpliwie najszybciej rozwijaj▒c▒ siΩ ga│Ωzi▒ przemys│u. Zbudowane kosztem miliard≤w dolar≤w procesory wprawiaj▒ w pychΩ ich konstruktor≤w, czego efektem s▒ czΩsto pojawiaj▒ce siΩ sformu│owania typu: "procesor X ma miliony tranzystor≤w - choµ o kilka rzΩd≤w wielko╢ci mniej ni┐ m≤zg ma neuron≤w - i zu┐ywa bardzo ma│o energii - choµ nadal wiΩcej ni┐ wioska g│oduj▒cych Chi±czyk≤w - a poza tym jest najbardziej skomplikowan▒ struktur▒ na Ziemi".

Tego zaskakuj▒cego braku pokory nie da siΩ wyt│umaczyµ w inny spos≤b jak brakiem wiedzy. WiΩkszo╢µ rozwi▒za± bΩd▒cych "╢wiΩtym Graalem" informatyki dawno ju┐ bowiem powsta│a na drodze ewolucji w "nieco" bardziej skomplikowanych ni┐ komputery maszynach - ┐ywych organizmach. Przyk│ady? S│u┐Ω: odpowiednikiem komputer≤w samonaprawialnych jest DNA maj▒ce mechanizmy odpowiedzialne za samorekonstrukcjΩ zwane ligazami, obliczenia r≤wnoleg│e - tak dzia│aj▒ biologiczne sieci neuronowe, systemy klastrowe - a czym┐e u licha s▒ kom≤rki?

Mo┐e, zamiast pr≤bowaµ na o╢lep konstruowaµ takie technologie w krzemie, warto by│oby zmieniµ spos≤b budowy procesor≤w i skorzystaµ z metod, na kt≤rych doskonalenie natura mia│a kilka milion≤w lat wiΩcej ni┐ my? Popatrzmy wiΩc, jakie nowe technologie kie│kuj▒ poza granicami skostnia│ej krzemowej elektroniki i jaki wp│yw mog▒ one mieµ na przysz│o╢µ komputer≤w.

Komputery DNA

Bakteria Escherichia Coli, kt≤ra z tech-nicznego punktu widzenia odpowiada komputerowi pozbawionemu uk│ad≤w wej╢cia/wyj╢cia. Ma 4288 gen≤w zapisanych w 4,6 miliona par zasad i ci▒gu jednego dnia mo┐e wytworzyµ 250 bilion≤w. Czas miΩdzy podzia│ami to 20-30 minut. W jednym milimetrze kwadratowym mo┐e zmie╢ciµ siΩ 10 miliard≤w takich bakterii.

Idea komputer≤w do bezpo╢rednich oblicze± kodu genetycznego pojawi│a siΩ stosunkowo niedawno, w roku 1994, w pracach L. Adlemana. Za│o┐enia ich budowy s▒ proste. Zar≤wno uk│ady biologiczne, jak i matematyczne maszyny, jakimi s▒ komputery, dzia│aj▒ podobnie: na podstawie zakodowanych informacji wykonuj▒ przekszta│cenia danych wed│ug ╢ci╢le okre╢lonej sekwencji. Dzisiejsza nauka pozwala na przeniesienie kodu DNA do komputera i w odwrotn▒ stronΩ dziΩki maszynom zwanym sekwencjonerami. Mo┐na wiΩc sobie wyobraziµ sytuacjΩ, gdy program zostaje przepisany na DNA, oddany do wykonania w kom≤rce, a efekty jego dzia│ania s▒ zapisane z powrotem do komputera. Je╢li modyfikowanie DNA kojarzy siΩ nam z wielkimi retortami w fabrykach chemicznych, to nic bardziej b│Ωdnego. Ju┐ dzi╢ w USA produkowane s▒ male±kie sondy genetyczne wbudowane do mikrochip≤w, ich zadaniem ma byµ wykrywanie chor≤b genetycznych.

Ponadto wiΩkszo╢µ program≤w mo┐na podzieliµ na tzw. w▒tki, czyli czΩ╢ci, kt≤re mog▒ byµ wykonywane oddzielnie, na innym procesorze, a nawet przydzieliµ ka┐demu w▒tkowi (a s▒ programy, kt≤re maj▒ ich miliony) osobny procesor. Takie rozwi▒zanie nie jest to mo┐liwe do zrealizowania poprzez wsp≤│czesn▒ technologiΩ krzemow▒, poniewa┐ wytworzenie procesora krzemowego jest drogie i wymaga ogromnej fabryki.

Tymczasem wytworzenie gotowego procesora genetycznego to nic innego jak rozmno┐enie ma│ej kom≤rki np. ulubionej przez genetyk≤w bakterii Escherichia Coli. Pobie┐ne obliczenia wskazuj▒, ┐e bakteria ta potrafi│aby wytworzyµ w ci▒gu doby miliony milion≤w swoich kopii, czyli ..., w ka┐dym razie daj Bo┐e fabrykom Intela tak▒ produkcjΩ. Po dok│adniejszym przemy╢leniu okazuje siΩ, ┐e do zbudowania samopowielaj▒cego siΩ procesora genetycznego nie jest potrzebna ca│a kom≤rka. Wystarcza w zasadzie zestaw kilku enzym≤w, tych kt≤re s▒ standardowo u┐ywane do samopowielania siΩ kom≤rki.

Mimo ┐e wykonywanie oblicze± na komputerach genetycznych jest wolniejsze i wymaga specjalnych warunk≤w, to w przysz│o╢ci mo┐e siΩ okazaµ, ┐e gdy krzem bΩdzie osi▒gaµ swoje granice szybko╢ci prze│▒czania, przyjdzie czas na szalenie tanie - bo mog▒ce siΩ same produkowaµ, rozmna┐aµ i reperowaµ - komputery z DNA na pok│adzie.

Wej╢cie na rynek takich komputer≤w mo┐e oznaczaµ prze│om w podej╢ciu do programowania. Dotychczas bowiem piszemy programy sekwencyjnie, z g≤ry wiedz▒c, ┐e liczba procesor≤w, jakich mo┐emy u┐yµ, bΩdzie wynosiµ najwy┐ej kilka - kilkadziesi▒t (choµ i tak ma│o kto ma dostΩp do takich komputer≤w). Tymczasem komputery DNA bΩd▒ mog│y dysponowaµ kilkoma miliardami procesor≤w. Pozwoli to np. na uruchamianie program≤w sztucznej inteligencji, kt≤re bΩd▒ w dziedzinach naukowych tym, czym ju┐ dzi╢ Deep Blue w szachach. KwestiΩ tego, kiedy w tak potΩ┐nych komputerach pojawi siΩ samo╢wiadomo╢µ, na razie pozostawmy fantastom.

Medycyna przysz│o╢ci

Historyczny schemat budowy DNA - Wotsona i Cricka z 1956 roku	Tak obecnie biomedycy przedstawiaj▒ DNA

Opracowanie technologii wyszukiwania informacji w DNA, modyfikowania i, m≤wi▒c komputerowym slangiem, debugowania kodu DNA oznaczaµ bΩdzie, ┐e to, co programi╢ci robi▒ teraz z programami komputerowymi, lekarze bΩd▒ robili z DNA swoich pacjent≤w. Jakkolwiek powszechnie przyjmowane prawa etyczne zabraniaj▒ jakiejkolwiek manipulacji genetycznej na kom≤rkach rozrodczych ludzi, to nic nie stoi na przeszkodzie, aby kod genetyczny cz│owieka modyfikowaµ ju┐ po urodzeniu, za pomoc▒ tzw. wektor≤w, czyli inteligentnie skonstruowanych wirus≤w, kt≤re przenios▒ poprawiony DNA do naszych kom≤rek.

Kiedy technologie poprawiania DNA bΩd▒ w powszechnym u┐yciu, prawdopodobnie wiele pa± zamiast liftingu (operacyjne naci▒ganie zmarszczek) wprowadzi sobie do kom≤rek poprawiony enzym - telomerazΩ. Trzeba zaznaczyµ, ┐e takie tkanki (jak na razie istniej▒ tego typu klony nowotworowe) s▒ nie╢miertelne! Firmy produkuj▒ce tego typu wektory bΩd▒ z pewno╢ci▒ zarabiaµ wiΩcej ni┐ producenci procesor≤w.

PamiΩtacie, jak Forest Gump kupi│ akcje firmy handluj▒cej jab│kami? Przez analogiΩ szczerze polecam akcje firm paraj▒cych siΩ symulowaniem rozmna┐ania siΩ wirus≤w. Za kilka lat bΩd▒ jak ╢wie┐e bu│eczki.

Por≤wnanie systemu binarnego z kodem genetycznym

Interesuj▒ce adresy

Komputery DNA

Polski podrΩcznik biologii molekularnej

Kodowanie liczb 0 1 w kodzie DNA

(c) Copyright LUPUS