Počítač DNA je jedním z neelektronických způsobů, které jsou v současné době zkoumány při řešení kombinatorických problémů . Nevztahuje se na obecnost a flexibilitu obecného počítače. Jedná se spíše o specializované zařízení, jako je grafický procesor , zvuková karta nebo konvolver . Jeho princip, který uvedl Leonard Adleman v roce 1994, „spočívá v kódování instance problému s řetězci DNA a v jejich manipulaci klasickými nástroji molekulární biologie pro simulaci operací, které izolují řešení problému, pokud je existuje. "
Tuto doménu původně vyvinul Leonard Adleman z University of Southern California v roce 1984. Adleman demonstroval koncept použití DNA jako formy výpočtu k vyřešení sedmibodového problému Hamiltonovské cesty . Od prvních Adlemanových experimentů bylo dosaženo pokroku a bylo možné dokázat, že je možné sestavit různé Turingovy stroje .
Ačkoliv počáteční zájem využíval tento přístup k řešení problémů NP-hard (in) , brzy se zjistilo, že některé koncepty nejsou pro tento typ výpočtu nejvhodnější, a bylo nalezeno několik návrhů na nalezení „ zabijácké aplikace“ „tohoto přístupu. V roce 1997 počítačový vědec Mitsunori Ogihara, který pracoval s biologem Animeshem Rayem, navrhl jednu takovou zabijáckou aplikaci, jako je vyhodnocení booleovských obvodů .
V roce 2002, výzkumníci u Weizmann Institute v Rehovot , Izrael , vyvinutý programovatelný výpočetní technik molekulární, skládá z enzymů a DNA molekul namísto křemíku mikročipů. Dne 28. dubna 2004 oznámili Ehud Shapiro (in) , Yaakov Benenson, Binyamin Gil, Uri Ben-Dor a Rivka Adar z Weizmann Institute v časopise Nature , že teoreticky postavili počítač DNA spojený se vstupem a výstupem modulu schopné diagnostikovat rakovinovou aktivitu v buňce a produkovat protirakovinné léčivo v době diagnózy.
V lednu 2013 byli vědci schopni uložit fotografii JPEG, sadu Shakespearových sonetů a zvukový soubor projevu Martina Luthera Kinga Jr. „Mám sen“ v digitálním úložišti dat DNA .
V březnu 2013 vědci vytvořili transkripční (in) (biologický tranzistor).
Při použití fragmentů DNA řetězců , na omezení výzkumu mohou být kódovány ve formě enzymů . V procesu sestavování a duplikace deoxyribonukleových bází jsou tyto enzymy eliminovány fragmenty, které nesplňují omezení problému. Na konci procesu zbývají pouze řetězce DNA obsahující řešení hledaného problému.
Výpočetní systém využívající DNA je založen na kódovacích mechanismech zásadně odlišných od konvenčních počítačů: v našich klasických strojích je to manipulace s elektrickými náboji přenášenými elektrony v přepínacích zařízeních. Elektronická zařízení (tranzistory), které zhmotňují kódované informace v binárních formulář. U počítačů založených na DNA se informace překládají ve smyslu chemických jednotek DNA.
Princip výpočtu pomocí počítače založeného na DNA spočívá v syntéze konkrétních sekvencí DNA a jejich ponechání reagovat ve zkumavce.
Abychom vyřešili rozhodovací problémy, jako je slavná Hamiltonova cesta (existuje cesta spojující všechny vrcholy daného grafu?), Zkonstruujeme řešení DNA, ve kterém molekuly DNA konvenčně kódují každou z možných cest mezi dvěma body. Procesem, při kterém se střídají kroky separace a zesílení, jsou vlákna kódující cestu, která využívá hrany chybějící v grafu, eliminována, dokud není izolováno proveditelné řešení (vypůjčení pouze existujících hran).
Extrémní pomalost tohoto systému (jehož doby odezvy se počítají v minutách, hodinách nebo dnech a ne v mikrosekundách) je kompenzována jeho masivně paralelní stránkou: několik milionů nebo miliard molekul vzájemně interaguje. Na druhou stranu, vstupy / výstupy zdaleka nemají pohodlí našich současných počítačových rozhraní.
První výsledky získal Leonard Adleman ( NASA , JPL )
V roce 2002 J. Macdonald, D. Stefanovic a M. Stojanovic vytvořili kalkulačku DNA schopnou hrát Tic-tac-toe proti lidskému hráči. Kalkulačka se skládá z devíti přihrádek odpovídajících devíti krabicím hry.Každá přihrádka obsahuje substrát a různé kombinace DNA enzymu. Samotný substrát se skládá z řetězce DNA, ke kterému byla na jednom konci naroubována fluorescenční chemická skupina a na druhém konci represorová skupina. Fluorescence je aktivní, pouze pokud jsou molekuly substrátu rozřezány na polovinu. Enzymatické DNA simulují logické funkce . Například se taková DNA rozvine, pokud budou zavedeny dva konkrétní typy řetězce DNA, napodobující logickou funkci AND.
Ve výchozím nastavení má kalkulačka hrát nejprve ve středním poli. Lidský hráč má jako vstup osm různých typů řetězců DNA přiřazených každé z osmi buněk, které pravděpodobně bude hrát. Aby označil, že zaškrtne políčko č. I, lidský hráč nalil do všech košů prameny odpovídající vstupu č. I. Tyto řetězce se vážou na určité enzymatické DNA přítomné v zásobnících, což v jednom z nich způsobuje deformaci enzymatické DNA, která se váže na substrát a rozřezává ji. Odpovídající podnos se poté stane fluorescenčním, což naznačuje, které políčko hraje kalkulačku DNA. Různé enzymatické DNA jsou distribuovány v různých zásobnících tak, aby zajistily vítězství kalkulačky DNA nad lidským hráčem.
V roce 2009 bylo uzavřeno partnerství mezi IBM a CalTech , jehož cílem je výroba „DNA čipů“. Skupina pracuje na výrobě těchto integrovaných obvodů nukleových kyselin v samotném CalTechu. Jeden z těchto čipů vypočítá celé druhé odmocniny. V Perlu byl napsán překladač .