Komputasi DNA

alternatif dari komputasi tradisional berbasis silikon
Leonard Adleman, penemu komputasi DNA

Komputasi DNA adalah cabang komputasi yang menggunakan perangkat keras DNA, biokimia, dan biologi molekuler, alih-alih teknologi komputer berbasis silikon tradisional. Penelitian dan pengembangan di bidang ini menyangkut teori, eksperimen, dan aplikasi komputasi DNA. Istilah "molektronik" kadang-kadang digunakan, tetapi istilah ini telah digunakan untuk teknologi sebelumnya, saingan yang tidak berhasil dari sirkuit terpadu pertama;[1] istilah ini juga telah digunakan secara lebih umum, untuk teknologi elektronik skala molekuler.[2]

SejarahSunting

Bidang ini awalnya dikembangkan oleh Leonard Adleman dari University of Southern California, pada tahun 1994.[3] Adleman menunjukkan bukti dari konsep DNA sebagai bentuk perhitungan yang memecahkan masalah jalur tujuh-titik Hamiltonian. Sejak percobaan Adleman awal, kemajuan telah dibuat dan berbagai mesin Turing telah terbukti konstruktif.[4][5]

Sementara minat awal adalah dalam menggunakan pendekatan baru ini untuk mengatasi masalah NP-hard, segera disadari bahwa mereka mungkin tidak paling cocok untuk jenis komputasi ini, dan beberapa proposal telah dibuat untuk menemukan "aplikasi pembunuh" untuk pendekatan ini. Pada tahun 1997, ilmuwan komputer Mitsunori Ogihara bekerja dengan ahli biologi Animesh Ray menyarankan seseorang untuk mengevaluasi sirkuit Boolean dan menggambarkan implementasi.[6][7]

Pada tahun 2002, para peneliti dari Weizmann Institute of Science di Rehovot, Israel, meluncurkan mesin komputasi molekuler yang dapat diprogram yang terdiri dari enzim dan molekul DNA alih-alih microchip silikon.[8] Pada tanggal 28 April 2004, Ehud Shapiro, Yaakov Benenson, Binyamin Gil, Uri Ben-Dor, dan Rivka Adar di Weizmann Institute mengumumkan dalam jurnal Nature bahwa mereka telah membangun komputer DNA ditambah dengan modul input dan output yang secara teori akan mampu mendiagnosis aktivitas kanker dalam sel, dan melepaskan obat anti-kanker setelah didiagnosis.[9]

Pada Januari 2013, para peneliti dapat menyimpan foto JPEG, satu set soneta Shakespeare, dan file audio pidato Martin Luther King, Jr. I Have a Dream pada penyimpanan data digital DNA.[10]

Pada Maret 2013, para peneliti menciptakan transkriptor (transistor biologis).[11]

Pada Agustus 2016, para peneliti menggunakan sistem pengeditan gen CRISPR untuk memasukkan GIF kuda dan pengendara yang berderap ke dalam DNA bakteri yang hidup.[12]

Penelitian terbaru tentang komputasi DNA dapat melakukan komputasi DNA reversibel yang membawanya selangkah lebih dekat dengan komputasi berbasis silikon yang digunakan di PC. Secara khusus, John Reif dan kelompoknya di Universitas Duke mengusulkan dua teknik berbeda untuk menggunakan kembali kompleks DNA komputasi. Desain pertama menggunakan gerbang dsDNA[13] sedangkan desain kedua menggunakan kompleks hairpin DNA.[14]

IdeSunting

Organisasi dan kompleksitas semua makhluk hidup didasarkan pada sistem pengkodean yang berfungsi dengan empat komponen kunci dari molekul DNA . Karena itu, DNA sangat cocok sebagai media untuk pengolahan data.[15] Menurut perhitungan yang berbeda, komputer-DNA dengan satu liter cairan yang mengandung enam gram DNA berpotensi memiliki kapasitas memori 3.072 eksabita. Kecepatan transfer data maksimum teoritis juga akan sangat besar karena paralelisme yang sangat besar dari perhitungan. Oleh karena itu, sekitar 1.000 petaFLOPS dapat dijangkau, sementara komputer paling kuat saat ini tidak melampaui beberapa lusin (99 petaFLOPS menjadi rekor saat ini).[16]

KemampuanSunting

Komputasi DNA adalah suatu bentuk komputasi paralel yang mengambil keuntungan dari banyak molekul DNA yang berbeda untuk mencoba berbagai kemungkinan sekaligus.[17] Untuk masalah khusus tertentu, komputer DNA lebih cepat dan lebih kecil daripada komputer lain yang dibuat sejauh ini. Selain itu, perhitungan matematis tertentu telah terbukti bekerja pada komputer DNA. Sebagai contoh, molekul DNA telah digunakan untuk mengatasi masalah penugasan.[18]

Lihat pulaSunting

ReferensiSunting

  1. ^ "Molectronic Computer Shown by Texas Instr.", unknown publication, circa 1963, in Box 2, Folder 3, listed in Jack Kilby Papers: A Guide to the Collection, Southern Methodist University. [1][pranala nonaktif].
  2. ^ "Application-specific methods for testing molectronic or nanoscale devices" (filed April 1, 2004), Patent US 7219314 B1. [2] .
  3. ^ Adleman, L. M. (1994). "Molecular computation of solutions to combinatorial problems". Science. 266 (5187): 1021–1024. Bibcode:1994Sci...266.1021A. doi:10.1126/science.7973651. PMID 7973651. 
  4. ^ Boneh, D.; Dunworth, C.; Lipton, R. J.; Sgall, J. Í. (1996). "On the computational power of DNA". Discrete Applied Mathematics. 71 (1–3): 79–94. doi:10.1016/S0166-218X(96)00058-3.  — Describes a solution for the boolean satisfiability problem. Also available here: "Archived copy" (PDF). Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2012-04-06. Diakses tanggal 2011-10-14. 
  5. ^ Lila Kari; Greg Gloor; Sheng Yu (January 2000). "Using DNA to solve the Bounded Post Correspondence Problem". Theoretical Computer Science. 231 (2): 192–203. doi:10.1016/s0304-3975(99)00100-0.  — Describes a solution for the bounded Post correspondence problem, a hard-on-average NP-complete problem. Also available here: [3]
  6. ^ M. Ogihara and A. Ray, "Simulating Boolean circuits on a DNA computer". Algorithmica 25:239–250, 1999.
  7. ^ "In Just a Few Drops, A Breakthrough in Computing", The New York Times, May 21, 1997
  8. ^ Lovgren, Stefan (2003-02-24). "Computer Made from DNA and Enzymes". National Geographic. Diakses tanggal 2009-11-26. 
  9. ^ Benenson, Y.; Gil, B.; Ben-Dor, U.; Adar, R.; Shapiro, E. (2004). "An autonomous molecular computer for logical control of gene expression". Nature. 429 (6990): 423–429. Bibcode:2004Natur.429..423B. doi:10.1038/nature02551. PMC 3838955 . PMID 15116117. . Also available here: An autonomous molecular computer for logical control of gene expression
  10. ^ DNA stores poems, a photo and a speech | Science News
  11. ^ Bonnet, Jerome; Yin, Peter; Ortiz, Monica E.; Subsoontorn, Pakpoom; Endy, Drew (2013). "Amplifying Genetic Logic Gates". Science. 340 (6132): 599–603. Bibcode:2013Sci...340..599B. doi:10.1126/science.1232758. PMID 23539178. 
  12. ^ Shipman, Seth L.; Nivala, Jeff; Macklis, Jeffrey D.; Church, George M. (12 July 2017). "CRISPR–Cas encoding of a digital movie into the genomes of a population of living bacteria". Nature (dalam bahasa Inggris). 547 (7663): 345–349. Bibcode:2017Natur.547..345S. doi:10.1038/nature23017. PMC 5842791 . PMID 28700573. 
  13. ^ Garg, Sudhanshu; Shah, Shalin; Bui, Hieu; Song, Tianqi; Mokhtar, Reem; Reif, John (2018). "Renewable Time-Responsive DNA Circuits". Small (dalam bahasa Inggris). 14 (33): 1801470. doi:10.1002/smll.201801470. ISSN 1613-6829. PMID 30022600. 
  14. ^ Eshra, A.; Shah, S.; Song, T.; Reif, J. (2019). "Renewable DNA hairpin-based logic circuits". IEEE Transactions on Nanotechnology: 1. doi:10.1109/TNANO.2019.2896189. ISSN 1536-125X. 
  15. ^ Amos, Martyn; et al. (2002). "Topics in the theory of DNA computing". Theoretical Computer Science. 287 (1): 3–38. doi:10.1016/s0304-3975(02)00134-2. 
  16. ^ Pierce; et al. (2016). "Current resolution of data in DNA computing". Bioinformatics Research. 88 (34): 435–451. 
  17. ^ Lewin, D. I. (2002). "DNA computing". Computing in Science & Engineering. 4 (3): 5–8. doi:10.1109/5992.998634. 
  18. ^ Shu, Jian-Jun; Wang, Q.-W.; Yong, K.-Y. (2011). "DNA-based computing of strategic assignment problems". Physical Review Letters. 106 (18): 188702. Bibcode:2011PhRvL.106r8702S. doi:10.1103/PhysRevLett.106.188702. PMID 21635133. 

Pranala luarSunting