DNA moleküllerinin, hastalık saptama veya ilaç salınımı gibi istenen şeyleri yapmaları için yeni baştan programlanabilme potansiyeli bulunuyor. Ancak şimdiye dek, DNA bilgi-işlem olarak söz edilen bu işlemlerin kanda gerçekleştirilmesi olanaksızdı çünkü insan enzimleri, bu molekülleri derhal parçalıyordu.

Eindhoven Teknoloji Üniversitesi'nden Biyomedikal Mühendisi Tom de Greef, Radboud Üniversitesi, Bristol Üniversitesi ve Microsoft Araştırma'dan bilimcilerle birlikte yaptığı çalışma sonucunda, koruyucu bir moleküler kaplama geliştirerek bu sorunu çözdü. Yeni kaplamalarda işlev gösteren DNA-bazlı bilgi-işlemsel devreler kullanıldı. Bu bölmelendirme yaklaşımının güzel bir bonusu da var: Bilgi-işlem hızını yükseltiyor. Çalışmanın sonuçları Nature Nanotechnology dergisinde yayımlandı.

Masaüstü bilgisayarlar, elektiksel girdileri çıktıya dönüştürmek için bir dizi mantık geçiti kullanır. Benzer biçimde, DNA'dan yapılan moleküler bilgisayarlar da DNA girdilerini çıktıya dönüştürmek için DNA iplikçikleri arasında programlanabilen etkileşimler kullanır. DNA bilgisayarlar, insanlar işe karışmadan moleküler veriler üzerinde karmaşık hesaplamalar gerçekleştirmek üzere programlanabilir. Ekibin yaklaşımında, kapsül (proteinozom) toplulukları kullanılıyor. Bu kapsüller çeşitli DNA molekülleri içeriyor ve bu moleküller birlikte moleküler algılama ve hesaplama için kullalabiliyor. Dolayısıyla in vitro tanılama ve akıllı terapilerde potansiyel uygulamaları olabilir.

DNA bilgisayarlar, doğaları gereği yavaş ve az geliştirilebilirdir çünkü bir "kimyasal çorba"nın içinde işlerler. Orada birbirleriyle etkileşmek ve bilgi-işlemsel bir adım gerçekleştirmek için rastgele yayılıma güvenirler. De Greef şöyle diyor: "Bölmelendirme yaparak, kapsüllerin içinde DNA moleküllerinin yoğunluğunu artırdık ve böylelikle hesaplama hızını yükselttik. Ayrıca bölmelendirme, modüler tasarımlı bilgi-işlemsel devrelere olanak tanıyor." Proteinozomlar, kısa DNA mesajlarına (en fazla 100 bazlık) geçirgen iken, daha büyük olan streptavidin proteinleri için geçirgen değil; onlar içeri kıstırılıp DNA mesajlarını gönderen, alan ve işleyen iplikçik yeri değiştirme cihazlarını sabitlemede kullanılıyor.


Nanoteknolojinin uzun süredir ulaşmak istediği hedeflerden biri, haşin biyolojik ortamlarda işleyebilen otonom moleküler makineler yaratmaktı. De Greef, şimdiye kadar DNA-temelli bilgisayarların öyle ortamlarda kullanılamadığını, çünkü kan serumundaki enzimlerin, hesaplama yapacak olan DNA iplikçiklerini imha ettiğini hatırlatıyor. Yeni çalışmada önerilen yaklaşım, yani DNA moleküllerini proteinozom kapsüllerin içine almak, onları enzimlerin sindirimine karşı daha dayanıklı kılıyor. Böylece kan serumundaki ömürleri büyük ölçüde uzayarak, gerçek, fizyolojik koşullarda işleyebilen hücre-benzeri otonom sistemlerin geliştirilmesine kapı aralıyor.

Canlı hücreler, komşu hücrelerindeki kilit moleküler işlemleri etkinleştiren yayılabilir sinyalleme molekülleri salgılayarak iletişim kurar. Bu hücreler-arası iletişim çoğunlukla iki-yönlüdür ve hem pozitif hem de negatif düzenleyici etkileşimleri içerir. De Greef, iki ayrı yapay hücre topluluğu kullanarak, canlı hücrelerde görülen hücreler-arası iletişimi taklit ettiklerini belirtiyor. Bir girdi DNA iplikçiği ilk topluluğa girip etkinleştirdiğinde, salgılanan sinyal ikinci topluluğu etkinleştiriyor. İkincisi, ilk topluluğu tekrar deaktive eden bir engelleyici salgılayarak yanıt veriyor. Yönteme "proto-hücresel iletişimin biyomoleküler uygulaması" (İng. biomolecular implementation of protocellular communication - BIO-PC) adı veriliyor.