Ученые работают над совмещением ДНК-чипа и компьютера

Российские исследователи представили технологию создания ДНК-чипа, который может функционировать в связке с традиционными компьютерными системами. Такая комбинированная вычислительная система может применяться в персонализированной медицине. Она позволит диагностировать различные заболевания по одному образцу крови и эффективно работать с искусственным интеллектом, пишут «Известия».

Специалисты МФТИ предложили структуру смешанных вычислительных систем с биологическими компонентами, где наряду с электронными чипами для расчетов применяются молекулы ДНК. Это, по их мнению, решает проблему несовместимости с традиционной электроникой, позволяя использовать такие системы для сверхбыстрого анализа данных: одновременной диагностики заболеваний по капле крови или ускорения ИИ-алгоритмов. Такие вычисления требуют меньше энергии.

Доктор технических наук Иван Бобринецкий, ведущий научный сотрудник Центра геномных технологий и биоинформатики МФТИ, рассказал, что решение проблемы совместимости заключается в использовании уникальных свойств биомолекул. Молекулы ДНК можно запрограммировать так, чтобы они вступали в реакции друг с другом. Когда одна молекула ДНК вытесняет другую на поверхности транзистора, то изменяется электрический заряд и ток, протекающий через транзистор. Таким образом, биохимическая реакция преобразуется в цифровой сигнал, понятный компьютеру. Белки тоже меняют форму под воздействием света, температуры или химии. Это можно фиксировать электронным чипом и использовать для вычислений.

Ученые объясняют, что обычные процессоры выполняют команды последовательно, а в капле жидкости миллиарды молекул одновременно решают часть общей задачи. По их мнению, этот подход пригодится для персонализированной медицины, быстрого анализа сложных биологических данных, безопасного хранения информации и в других сферах.

Пока технология биокомпьютеров активно изучается в лабораторных условиях. Авторы этого проекта создали рабочие прототипы логических элементов. Для полноценной работы нужно решить задачи стабилизации биомолекул и разработки технологий массового производства. Это позволит получить вычислительные системы, сочетающие свойства живой природы и кремниевой электроники.

Ученые считают технологию вычислений на ДНК перспективной, особенно для анализа биомаркеров и диагностики в режиме реального времени. Однако для широкого применения необходимо решить ряд технических и практических задач.

В 2025 году Роспатент изучил направления изобретений. За последние два года медицинские технологии оказались среди самых популярных.

Ученые Центрального НИИ эпидемиологии создали ДНК-калибратор, который позволяет быстро и точно оценивать уровень вирусной нагрузки в организме инфицированных ВИЧ. Это устройство помогает в прогнозировании течения болезни, контроле её стадий и определении момента завершения терапии.

Фото: vectorfusionart © 123RF.com