Előszó

Ez a tankönyv a Debreceni Egyetemen mester szakos kurzusként oktatott DNS számítások tárgy oktatásának és elsajátításának megkönnyítésére íródott. A könyv megírása évek óta érlelődött, mivel magyar nyelven nem áll rendelkezésre tankönyv ezen a nagyon dinamikusan fejlődő, interdiszciplináris tudományterületen.

A könyv segítségével ezt az űrt töltjük ki.

A DNS a címszereplő, így a könyv biokémiai bevezetővel kezdődik, ami a DNS felépítésének ismertetésével végződik. A könyvben megnézzük, hogyan foghatóak számításokra azok a molekulák, amikkel a természet évmillió évek óta „számítja ki az élőlényeket". A molekuláris genetika és ennek köszönhetően a DNS számítások is forradalmi és viszonylag új területei a tudománynak, melyek napjainkban is folyamatos és jelentős fejlődésen mennek keresztül.

A könyv következő fejezeteiben az első kísérletileg is megvalósult számításokat, majd az ezek általános leírását megadó modelleket ismertetjük. A modellek egy része, ahogy látni fogjuk a gyakorlatban is működő számítási paradigmákat takar, egy részük pedig olyan elméleti, formális modellt melyhez a DNS molekula (vagy annak egyes tulajdonságai, vagy a velük végezhető műveletek) adták a fő motivációt.

DNS számítások helye a tudományban legközelebb a számítástudományhoz áll, hiszen a célunk az, hogy számoljunk, (matematikai, számítási) feladatot oldjunk meg, az eszközöket tekintve viszont közel áll a biológia, illetve a (bio)kémia tudományához is. A számítástudományt tekintve leginkább a nemhagyományos számítási paradigmák közt, azon belül is a természet-motiválta számítások közt, a biológián alapuló paradigmák közt helyezkednek el az ide tartozó számítási modellek. Van, ahol csak a motivációt jelentik a DNS molekulák, van ahol laborban végrehajtható számításokról van szó, akár kémcsőben (lombikban, in vitro), vagy akár az élő sejtben (in vivo), lásd 1. ábra, ahol zöld szín jelzi az ebben a könyvben tárgyalt paradigmákat. Ahogy látni fogjuk, az elméleti modellek az elméleti számítástudomány szempontjából legalább annyira fontosak, mint amennyire a kísérleti eredmények fontosak lehetnek az informatika más területein is: a DNS molekulák alkalmas felhasználásával az informatika sok területe „újragondolhatóvá" válik.

1. ábra - A DNS számítások helye a számítástudományban (informatikában).

A DNS számítások helye a számítástudományban (informatikában).

Azt gondoljuk, hogy nemcsak az elméleti számítástudomány iránt érdeklődő, de a gyakorlati szakemberek számára is inspiráló lehet és így új, hatékonyabb problémamegoldást tehet lehetővé, ha tudnak másféle paradigmák szerint is gondolkodni, problémát megközelíteni. Ugyancsak érdekes lehet a biológiát, a DNS molekulát illetve annak kémiai és biológiai reakcióit jobban ismerő, pl. molekuláris biológusok számára, ha láthatják, hogy megfigyeléseik, kísérleti tapasztalataik egy tőlük távolinak tűnő tudományterületen is jó táptalajra találnak. Mindezek alapján ajánljuk ezt a könyvet a DNS, a számítások, illetve számítási paradigmák iránt érdeklődő mester-, illetve PhD hallgatóknak, illetve szakembereknek.

A szerző köszöni a TÁMOP, és a korábbi OTKA és Öveges pályázati támogatásokat, amik lehetővé tették e tankönyv elkészítését. Köszönet illeti Bojda Beátát, és Iván Szabolcs lektort, akik segítséget nyújtottak a könyv végleges formájának kialakításában.

Debrecen, 2013. december.

Nagy Benedek