Bevezetés a DNS-számítások elméletébe

A könyv III. részében röviden áttekintjük a DNS számítások alapjait, a DNS számításokról jóval részletesebben írunk a csak ennek a témának szentelt Nagy B.: DNS számítógépek és formális modelljeik című könyvben, itt a teljesség kedvéért említjük meg ezt a témakört.

A természet a DNS molekulákat évmilliók óta használja információ tárolására, sokszorozására és elterjesztésére. A hagyományos számítógépeink ennek ellenére szilícium alapú elektronikus eszközök. A DNS molekulák számításokban való felhasználása évtizedek óta foglalkoztatta a tudósokat.

A múlt évszázad közepén elsősorban Watson és Crick megfejtették a DNS molekulák szerkezetét. Az informatikusokat minidig is érdekelte nagy tömegű adat kis helyen történő tárolása, illetve a gyors és hatékony algoritmusok használata. Emiatt a DNS szerkezete és a vele végezhető műveletek nem csak a biológusok érdeklődési körében jelent meg. Tom Head már az 1980-as években definiálta az általa „vizes számításoknak” nevezett rendszereket, ami elvi modell arra, hogy különböző (vágó) enzimekkel hogyan használhatjuk számításra (nyelvgenerálásra) a DNS molekulákat. Adleman híres, a Science folyóiratban publikált kísérlete pedig a gyakorlatban is bizonyította, hogy a DNS molekulák segítségével számítási (matematikai) problémákat is megoldhatunk.

Az utóbbi pár évben rengeteg élőlény genomját (vagyis az élőlény sejtjeiben megtalálható, őt magát kódoló DNS szál bázissorrendjét) felírták. Ennek megértése a bioinformatika egyik fő feladata, ami nem kis kihívás tekintve, hogy pl. az ember genomja nagyságrendileg bázispárból áll, de vannak élőlények, amelyek genomjának hossza ennek többszöröse.

Ezzel szemben a DNS számítások nem a biológusok, hanem az informatikusok területe, és elsősorban a természetben is megfigyelhető műveletek segítségével pl. számítási problémák megoldása a cél.

Ebben a részben röviden ismertetjük a DNS szerkezetét, a vele végezhető műveleteket, illetve Adleman és Lipton kísérleteit. Végül az élő sejtben végbemenő „számítások” rövid bemutatásával fejezzük be a ezt a részt.