Computers met DNA

Wetenschappers willen de moleculaire interactie van DNA-strengen gebruiken voor nieuwe computertoepassingen, meldt het tijdschrift Technology Review. De opslagcapaciteit alleen al is astronomisch groot: volgens een studie van Harvard uit 2012 zou een gram DNA een opslagcapaciteit van maar liefst 455 exabyte (miljard gigabyte) kunnen hebben. Maar DNA heeft nog veel meer te bieden. Uit de interacties van DNAstrengen kunnen chemische circuits worden gemaakt, die in principe alle denkbare programma's zouden kunnen uitvoeren.

In 2011 hebben Erik Winfree, hoogleraar informatica aan de California Institute of Technology, en zijn collega Lulu Qian een voorstel ingediend om precies dat te gaan doen. Daarbij verwezen ze naar een natuurlijke eigenschap van de bouwstenen. Deze tonen de tendens om perfecte dubbele strengen te willen vormen. Een passende deelstreng zal daarom op een dubbele streng altijd een andere deelstreng vervangen die minder goed past. Winfree en Qian hebben inmiddels DNA-strengen ontwikkeld die deze eigenschap op twee manieren gebruiken: ze bestonden uit twee elkaar opvolgende DNA-sequenties waarvan er maar eentje aan een partnerstreng is gekoppeld. Pas wanneer de eerste sequentie van zijn dubbele streng wordt ontkoppeld, wordt de tweede sequentie actief en gaat op zijn beurt een DNA-streng vervangen. Omdat dit proces omkeerbaar is, noemden Qian en Winfree hun creatie 'tuimelschakelaar'. Elke DNA-vervanging komt overeen met een logische if-then-operatie, net zoals de transistoren van een processor dat doen. In theorie zou je dus uit DNA-schakelaars allerlei circuits naar wens kunnen maken.