Так называемые биомолекулярные компьютеры, основным компонентом которых выступает ДНК и другие биологические молекулы, существуют сегодня лишь в лабораторных вариантах и неприменимы для сколько-нибудь полезной нагрузки со стороны обычного пользователя компьютера.

Тем не менее, Том Рэн (Tom Ran) и Шей Каплан (Shai Kaplan), студенты-исследователи при лаборатории профессора Эхуда Шапиро (Ehud Shapiro), специализирующейся на биохимии, компьютерных науках и прикладной математике в Институте Вайцмана (Weizmann Institute) нашли путь сделать эти микроскопические вычислительные биоустройства «дружественными к пользователю» даже при выполнении комплексных расчетов и обработке сложных запросов.

Шапиро и возглавляемая им команда представили первое автономное программируемое устройство на основе ДНК в 2001 году. Настолько микроскопическое, что в капле воды поместилось бы таких триллион, устройство могло производить такие операции, как проверка списка из нулей и единиц на предмет совпадения количества единиц с заданным их числом. Новая версия, созданная в 2004 году, определяла наличие раковых клеток в пробирке и высвобождала молекулы для их разрушения. Помимо завораживающей перспективы введения основанных на подобных технологиях устройств в человеческое тело – таких себе «микродокторов», определяющих местонахождение пораженной ткани и не дающих болезни распространятся, – биомолекулярные компьютеры могли бы производить миллионы параллельных вычислений.

В опубликованной на днях в издании Nature Nanotechnology статье Шапиро рассказывает о разработке программы для биомолекулярных компьютеров, которая заставляет их «мыслить» логически. Выполняемые операции чрезвычайно близки к знакомой всем логике, правила которой сформулировал еще Аристотель более 2000 лет назад в виде простой операции «если… то»: «Все люди смертны. Сократ – человек. Следовательно, он смертен». Когда в компьютер вводится условное правило «Все люди смертны» и факт «Сократ – человек», биомашина корректно отвечает на вопрос «Смертен ли Сократ?». Команда ученых пошла дальше и повысила сложность запросов, включавших несколько правил и фактов, и ДНК-компьютеры каждый раз приходили к верному заключению.

В то же время, коллектив создал компилятор – программный механизм сообщения между высокоуровневым компьютерным языком программирования и вычислительным кодом ДНК. При компиляции запрос может быть преобразован в нечто подобное: «Смертен(Сократ)?» Для расчета ответа различные нити ДНК, представляющие правила, факты и запросы были скомбинированы роботизированной системой и использовались для поиска соответствий в иерархическом процессе вычислений.

Ответ был закодирован в зеленом световом сигнале: некоторые нити имели биологическую версию сигнальной вспышки – естественно светящуюся флуоресцентную молекулу, сдерживаемую другим протеином, закрывающим свет. Когда специальный фермент притягивался к корректному «ответу», он удалял «прикрытие» и позволял свету быть видимым. Небольшие капли воды, содержащие биомолекулярные базы данных, смогли давать ответы на очень сложные запросы в виде комбинаций разнообразных цветовых маркеров.

Очередное достижение методично ставящих свои рутинные эксперименты ученых может иметь далеко идущие последствия для всей индустрии интеллектуально-вычислительных систем, куда входят и нынешние кремниевые процессоры, и концептуальные квантовые компьютеры, и программные самообучающиеся алгоритмы. Кто знает, к чему приведет где-то на стыке соответствующих технологий конвергенция живой и неживой материи, призванная сделать жизнь человека проще?