Ученые давно пытаются реализовать на молекулярном уровне крошечные устройства. Органические двигатели, транзисторы, переключатели и другие устройства могут стать комплектующими, из которых будут изготавливаться биологические устройства для борьбы с различными заболеваниями или для выполнения других действий внутри человеческого организма. Группа исследователей из Калифорнии объявила о том, что им удалось сделать очень большой и важный шаг в вышеупомянутом направлении. В одном из экспериментов, соединим в определенной последовательности между собой 74 цепочки ДНК, им удалось создать элемент схемы биологического компьютера, способный вычислять значение квадратного корня из заданного числа.

В настоящее время созданная схема является самой большой биохимической схемой, когда-либо сделанной учеными. «Дальнейшая разработка подобных схем может стать основой для создания новых типов диагностических тестов и биологических датчиков, способных выполнять свои функции прямо внутри организма человека и не оказывать на организм при этом никакого влияния» — рассказывает Эрик Винфри (Erik Winfree), профессор Калифорнийского технологического института и один из соавторов данных исследований.

Для создания биохимической схемы Винфри и аспирант Лулу Киэн (Lulu Qian) использовали короткие цепочки ДНК для создания ряда логических элементов, триггеров, которые меняют свое состояние при контакте с другой молекулой. В компьютерных чипах триггеры состоят из нескольких электронных транзисторов, которые соединены между собой в соответствии со схемой на кремниевом чипе. Винфри и Киэн создали свои «транзисторы» в пробирке. «Работа нашего триггера, основанного на ДНК, несколько походит на работу транзисторного элемента. Существует только отличие, наше биохимическое устройство реагирует на второй фактор — на концентрацию молекул определенного типа».

Цепочки ДНК, соединенные в схему, могут вычислять квадратный корень числа до 15, при этом результат приводится к ближайшему целому числу. Даже при такой простоте вычислений, с которой может сравниться разве что использование логарифмической линейки, для работы «молекулярного» калькулятора требуется очень, очень много времени. Поскольку в работе используется ряд медленных реакций, время срабатывания каждого элемента схемы находится в диапазоне от 30 до 60 минут, а полная операция по извлечению квадратного корня занимает около 10 часов времени.

Эрик Винфри утверждает, что в их работе скорость и точность это не самое важное. Самым важным он считает разработку правильной и работоспособной структуры элементов биохимических схем из которых в дальнейшем будут создаваться более сложные и быстрые устройства. Винфри и его коллеги создали первые образцы подобных схем в 2006 году, с того времени им удалось весьма значительно упростить виды связей между элементами, что в дальнейшем позволило без ограничений увеличивать количество элементов в схеме. Другие эксперты и ученые из этой области выразили бурный восторг результатами экспериментов Винфри, которые, по их словам, открыли перед ними новое широкое поле деятельности.