டி.என்.ஏ கணிப்பீடு

கட்டற்ற கலைக்களஞ்சியமான விக்கிப்பீடியாவில் இருந்து.
தாவிச் செல்லவும்: வழிசெலுத்தல், தேடல்


டி.என்.ஏ கணிப்பீடு என்பது வழக்கமான சிலிக்கான் சார்ந்த கணினித் தொழில் நுட்பங்களுக்கு மாறாக உயிரி வேதியியல் மற்றும் மூலக்கூற்று உயிரியல் சார்ந்த டி.என்.ஏயைப் பயன்படுத்திச் செய்யப்படும் ஒரு கணக்கீட்டு வடிவம் ஆகும். டி.என்.ஏ கணிப்பீடு அல்லது கூறின் மூலக்கூற்று கணிப்பீடு என்பது மிகவும் வேகமாக வளர்ந்துவரும் துறையிடைப் பகுதி ஆகும். இந்தப் பகுதியில் செய்யப்படும் ஆய்வுகளும், மேம்பாடுகளும் டி.என்.ஏ கணிப்பீட்டின் கோட்பாடு, பரிசோதனைகள் மற்றும் பயன்பாடுகள் ஆகியவற்றைக் கருத்திலெடுக்கின்றன.

வரலாறு[தொகு]

இத்துறையை 1994 ஆம் ஆண்டில் தெற்கத்திய கலிஃபோர்னியா பல்கலைக் கழகத்தின் லியொனார்ட் அடல்மேன் உருவாக்கினார்.[1] அடல்மேன் கணிப்பீட்டு வடிவமாக டி.என்.ஏ இன் கருத்து நிரூபணத்தைச் செயல்படுத்திக் காட்டினார். இது ஏழு-புள்ளி ஹேமில்டோனியன் வழிச் சிக்கலைத் தீர்த்துவைத்தது. அடல்மேனின் ஆரம்ப சோதனைகளிலிருந்து பல மேம்பாடுகள் உருவாக்கப்பட்டன, மேலும் பல்வேறு திருப்பு இயந்திரங்கள் (ட்யூரிங் மெசின்கள்) அமைக்கப்பட முடியுமென நிரூபிக்கப்பட்டன.[2] [3]

2002 ஆம் ஆண்டில் இஸ்ரேலின் ரெஹோவோட்டில் உள்ள வெய்ஸ்மென் இன்ஸ்டிட்யூட் ஆஃப் சைன்ஸ் ஆய்வாளர்கள், சிலிக்கான் நுண்சில்லுகளுக்கு பதிலாக நொதிகள் மற்றும் டி.என்.ஏ மூலக்கூறுகள் இணைந்து உருவாக்கப்பட்ட நிரலேற்பு மூலக்கூறு கணக்கீட்டு இயந்திரத்தை உருவாக்கினர்.[4] ஏப்ரல் 28, 2004 அன்று வெய்ஸ்மென் இன்ஸ்டிட்யூட்டைச் சேர்ந்த எஹுட் ஷாபிரோ, யாகோவ் பெனன்சன், பின்யமின் கில், யூரி பென்-டோர் மற்றும் ரிவ்கா அடார் ஆகியோர் தர்க்க ரீதியாக கலத்தினுள் புற்றுநோய் நடவடிக்கையைக் கண்டறிவதற்கான திறனுடன் கூடிய உள்ளீட்டு மற்றும் வெளியீட்டுத் தொகுதிக்கூறுடன் இணைந்த டி.என்.ஏ கணினியை உருவாக்கியதாகவும், அந்த கண்டறிதலுக்குப் பிறகு புற்றுநோய்க்கு எதிரான மருந்தை வெளியிட இருப்பதாகவும் நேச்சர் இதழில் அறிவித்தனர். [5]

செயல்திறன்கள்[தொகு]

டி.என்.ஏ கணிப்பீடானது அடிப்படையில் இணைக் கணிப்பீடுடன் ஒத்ததாக இருக்கிறது. அதில் ஒரே நேரத்தில் மாறுபட்ட சாத்தியக்கூறுகளை முயற்சிப்பதற்கு, டி.என்.ஏவின் பல மாறுபட்ட மூலக்கூறுகளின் நன்மைகளை எடுத்துக் கொள்கிறது.[6]

டி.என்.ஏ கணிப்பீடு வழக்கமான சிலிக்கான் கணினிகளைக் காட்டிலும் குறைவான மின்திறன் நுகர்வையே எடுத்துக் கொள்கிறது. டி.என்.ஏவானது கட்டுக்கட்டுதலுக்கு அனுமதிப்பதற்கான எரிபொருளாக அல்லது பிரித்தலுக்குக் காரணமான இழையை வெப்பப்படுத்துவதற்காகவும் அடினோசைன் முப்பாஸ்பேட்டைப் (ATP) பயன்படுத்துகிறது.[7] இழை கலப்புப் பிறப்பாக்கம் மற்றும் டி.என்.ஏ முதுகெலும்பின் நீர்ப்பகுப்பு ஆகிய இரண்டும் தானியங்கியாக ஏற்படலாம். இது டி.என்.ஏவில் சேமிக்கப்பட்டிருக்கும் இயக்கச்சக்தியினால் இயக்கப்படும். இரண்டு ATP மூலக்கூறுகளின் நுகர்வானது 1.5 x 10−19 J சக்தியை வெளிவிடும். இரண்டு ATP மூலக்கூறுகளைப் பயன்படுத்தி வினாடிக்கு அதிக எண்ணிக்கையிலான நிலைமாற்றங்களிலும் கூட சக்தி வெளியீடு குறைவானதாகவே இருக்கிறது. எடுத்துக்காட்டாக கஹான் 10−10 W சக்தி நுகர்வுடன் வினாடி ஒன்றுக்கு 109 நிலைமாற்றங்களைக் குறிப்பிட்டார்.[8] அதே போன்று 4000 வினாடிகளில் 7.5 x 1011 வெளியீடுகளை உருவாக்கும் ஒரு அமைப்பானது ~ 10−10 W சக்தி நுகர்வு வீதத்தை விளைவிக்கிறது என ஷபிரோ குறிப்பிட்டார்.[9]

சில சிறப்புச் சிக்கல்களில் டி.என்.ஏ கணினிகள் இதுவரை உருவாக்கப்பட்டிருக்கும் மற்ற கணினிகளைக் காட்டிலும் வேகமானதாகவும் சிறியதாகவும் இருக்கின்றன. மேலும் குறிப்பிட்ட கணிதக் கணக்கீடுகள் டி.என்.ஏ கணினியில் பணியாற்றச் செய்து காட்டப்பட்டிருக்கிறது. எடுத்துக்காட்டாக ஆரன் நயபி[10], டி.என்.ஏ கணினியில் ஸ்ட்ராஸ்ஸனின் அணி பெருக்கல் நெறிமுறையின் பொதுவான அளவுச் செயல்படுத்தலை வழங்கியிருக்கிறார்.

ஆனால் டி.என்.ஏ கணிப்பீடானது கணக்கீட்டின் வேறுபட்ட மாதிரிகளைப் பயன்படுத்தி எந்தச் சிக்கல்களைக் கணக்கீட்டு ரீதியாகத் தீர்க்கலாம் என்ற ஆய்வைக் குறிக்கும் கணக்கீட்டுக் கோட்பாட்டின் கருத்து நிலையிலிருந்து எந்தவொரு புதிய செயல்திறன்களையும் வழங்கவில்லை. எடுத்துக்காட்டாக, வான் நியூமன் இயந்திரங்களில் சிக்கலின் தீர்வுக்குத் தேவையான வெளியானது சிக்கலின் (EXPSPACE சிக்கல்கள்) அளவுடன் அதிவேகமாக வளர்வதாகக் கொண்டால் அது டி.என்.ஏ இயந்திரங்களில் சிக்கலின் அளவுடன் மேலும் அதிவேகமாக வளரும். மிகவும் பெரிய EXPSPACE சிக்கல்களுக்கு நடைமுறையிலிருப்பதற்கு தேவைப்படும் டி.என்.ஏ அளவு மிகவும் பெரியதாக உள்ளது. (மற்றொரு வகையில் குவாண்டம் கணிப்பீடு சில ஆர்வமுள்ள செயல்திறன்களை வழங்குகிறது.)

டி.என்.ஏ கணிப்பீடானது டி.என்.ஏ நேனோதொழில்நுட்பத்துடன் இணைந்து செயல்பட்டாலும் அதில் இருந்து மாறுபட்டதாக இருக்கிறது. டி.என்.ஏ நேனோதொழில்நுட்பமானது டி.என்.ஏவுக்கு வெளியே புதிய கட்டமைப்புகளை உருவாக்குவதற்கு வாட்சன்-கிரிக் பேஸ்பேரிங்கின் தனித்தன்மை மற்றும் பிற டி.என்.ஏ பண்புகளைப் பயன்படுத்துகிறது. இந்தக் கட்டமைப்புகள் டி.என்.ஏ கணிப்பீட்டுக்காக பயன்படுத்தப்படலாம். ஆனால், அவ்வாறு இருக்க வேண்டியதில்லை, கூடுதலாக டி.என்.ஏ கணிப்பீட்டை டி.என்.ஏ நேனோதொழில்நுட்பத்தின் மூலமாக மூலக்கூறுகளைப் பயன்படுத்தாமல் உருவாக்கப்படலாம்.

முறைகள்[தொகு]

டி.என்.ஏ சார்ந்த கணக்கீட்டுச் சாதனத்தை உருவாக்குவற்காக பல முறைகள் இருக்கின்றன. ஒவ்வொன்றும் அதன் தனித்தன்மைகள் மற்றும் குறைபாடுகளைக் கொண்டிருக்கின்றன. அவற்றில் பெரும்பாலானவை டி.என்.ஏ அடிப்படையில், டிஜிட்டல் லாஜிக்குடன் இணைந்த அடிப்படைத் தர்க்க வாயில்களை (AND, OR, NOT) உருவாக்குகின்றன. டி.என்.ஏசைம்கள், டியாக்சியாலிகோநியூக்ளியோடைடஸ், என்சைம்கள், டி.என்.ஏ டைலிங் மற்றும் பாலிமரேஸ் தொடர் வினை ஆகியவை மாறுபட்ட தளங்களில் சிலவாகும்.

டி.என்.ஏசைம்கள்[தொகு]

பொருந்தும் ஆலிகோநியூக்லியோடைடு, உள்ளீட்டுடன் இடைவினைபுரியும் போது வினையூக்கி டி.என்.ஏ (டிஆக்சிரிபோசைம் அல்லது டி.என்.ஏசைம்) வினைகளுக்கு ஊக்கமளிக்கிறது. இந்த டி.என்.ஏசைம்கள் சிலிக்கானில் டிஜிட்டல் தர்க்கத்துக்கு தர்க்க வாயில் ஒப்புமைகளை உருவாக்குவதற்குப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன; எனினும் வரிசைகளில் அறிக்கைகளை மதிப்பிடுவதற்கான தற்போதைய செயல்படுத்துதல்கள் ஏதுமில்லாமல் 1-, 2- மற்றும் 3-உள்ளீட்டு வாயில்களுக்கு டி.என்.ஏசைம்கள் வரம்பிடப்பட்டிருக்கின்றன.

டி.என்.ஏசைம் தர்க்க வாயிலானது பொருந்துகின்ற ஆலிகோநியூக்ளியோடைடுக்கு பிணைக்கப்படும் போது அது அதன் கட்டமைப்பை மாற்றுகிறது. மேலும் அது பிணைக்கப்பட்டுள்ள ஃப்ளோரோஜெனிக் அடிமூலக்கூறு பிளவற்றதாக இருக்கிறது. மற்ற பொருட்களை பயன்படுத்த முடிந்த போதும் பெரும்பாலான மாதிரிகள் ஃப்ளோரசன்ஸ் சார்ந்த அடிமூலக்கூறினைப் பயன்படுத்துகின்றன. ஏனெனில் அது ஒற்றை மூலக்கூறு வரம்பில் இருந்தாலும் கூட கண்டறிவதற்கு மிகவும் எளிதானதாக இருக்கிறது.[11] ஃப்ளோரசன்ஸின் அளவு பின்னர் எதிர்வினை ஏற்படுகிறதா என்பதைக் கண்டறிவதற்கு அளவிடப்படலாம். மாற்றங்களடைந்த டி.என்.ஏசைம் பின்னர் "பயன்படுத்தப்பட்டது" ஆகிறது. மேலும் அவற்றால் எந்த எதிர்விளைவுகளையும் ஏற்படுத்த முடியாது. இதன் காரணமாக இந்த எதிர்வினைகள் தொடர்ச்சியாக அசைக்கப்படும்-கொள்கலன் அணு உலை (continuous stirred-tank ரிக்டர்)போன்ற சாதனங்களில் இடம்பெறுகின்றன. அதில் பழைய பொருள் நீக்கப்பட்டு பின்னர் புதிய மூலக்கூறுகள் சேர்க்கப்படுகின்றன.

பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் இரண்டு டி.என்.ஏசைம்கள் E6 மற்றும் 8-17 என்று அழைக்கப்படுகின்றன. இவை எந்தத் தன்னிச்சையான இடத்திலும் அடிமூலக்கூறின் பிளவை அனுமதிப்பதன் காரணமாக பிரபலமாக இருக்கின்றன.[12] ஸ்டோஜனோவிக் மற்றும் மேக்டொனால்ட் முறையே மாயா I[13] மற்றும் மாயா II[14] இயந்திரங்களை உருவாக்குவதற்கு E6 டி.என்.ஏசைம்களைப் பயன்படுத்தினர்; ஸ்டோஜனோவிக் 8-17 டி.என்.ஏசைமினைப் பயன்படுத்தியும் தர்க்க வாயில்களைச் செய்து காண்பித்திருக்கிறார்.[15] இந்த டி.என்.ஏசைம்கள் தர்க்க வாயில்கள் உருவாக்கத்தில் பயனுள்ளதாக இருப்பதாகச் செய்து காட்டப்பட்ட போதும் அவை Zn2+ அல்லது Mn2+ போன்ற செயல்பாட்டுக்கான உலோகத் துணைகாரணிக்கான தேவையினால் மட்டுப்படுத்தப்படுகின்றன. அதனால் அவை உயிரியல் சோதனைகளில் பயனுள்ளவையாக இல்லை.[11][16]

நொதிகள்[தொகு]

நொதி சார்ந்த டி.என்.ஏ கணினிகள் பொதுவாக எளிமையான திருப்பு இயந்திரத்தின் வடிவத்தில் இருக்கின்றன; நொதியின் வடிவத்தில் வன்பொருளும், டி.என்.ஏவின் வடிவத்தில் மென்பொருளும் உள்ளன.[17][17]

ஷாபிரோ FokI என்சைமைப்[9] பயன்படுத்தி டி.என்.ஏ கணினியைச் செய்துகாட்டினார். மேலும் அவரது பணியை PPAP2B, GSTP1 போன்ற மரபணுக்களின் வெளிப்பாட்டின் கீழ் மற்றும் PIM1, HPNஆகியவற்றின் அதிகப்படியான வெளிப்பாட்டின் கீழ் சுக்கிலப் புற்றுநோயைக் கண்டறிந்து வினைபுரியும் தன்னியக்க எந்திரத்தைக் காண்பிப்பதற்கான பணிகளைத் தொடர்ந்து விரிவுபடுத்தினார்.[5] அவரது தன்னியக்க எந்திரம் ஒவ்வொரு மரபணுவின் வெளிப்பாட்டையும் ஒரு நேரத்தில் ஒரு மரபணு என்ற கணக்கில் மதிப்பிடுகிறது. மேலும் நேர்மறையான நோய்க்கண்டறிதலில் பின்னர் ஒற்றை இழை டி.என்.ஏ மூலக்கூறு (ssDNA) வெளியிடப்படுகிறது. அது MDM2வுக்கான ஆண்டிசென்ஸாக (antisense) இருக்கிறது. MDM2 என்பது புரதம் 53 இன் அடக்கியாக இருக்கிறது, அதுவேக் கட்டி அடக்கியாகவும் இருக்கிறது.[18] எதிர்மறை நோய்க்கண்டறிதலில் எதுவும் செய்யாமல் இருப்பதற்கு மாறாக நேர்மறை நோய்க்கண்டறிதல் மருந்தின் அடக்கியை வெளியிடுவதற்குத் தீர்மானிக்கப்பட்டது. இரண்டு தனித்த தன்னியக்க எந்திரங்கள் தேவைப்படுவது இந்தச் செயல்பாட்டிலுள்ள குறைபாடாகும். அதில் ஒன்று ஒவ்வொரு மருந்தையும் நிர்வகிப்பதற்காக இருக்கிறது. மருந்து வெளிவரும் வரையிலான மதிப்பீட்டின் முழுச் செயல்பாடும் நிறைவடைவதற்கு சுமார் ஒரு மணி நேரம் எடுத்துக்கொள்ளும். இந்த முறைக்கு நிலை மாற்ற மூலக்கூறுடன் FokI நொதி இருக்கவேண்டியது அவசியமாகும். FokI நொதிக்கான தேவையானது உயிரிய சோதனைப் பயன்பாட்டில் குறைந்தது "உயர் உயிரங்கிகளின் கலங்களில்" பயன்படுத்துவதையாவது கட்டுப்படுத்துகிறது.[8] இந்த நிகழ்வில் "மென்பொருள்" மூலக்கூறுகள் மீண்டும் பயன்படுத்தப்படலாம் என்பதும் குறிப்பிடப்பட வேண்டும்.

குறிப்புதவிகள்[தொகு]

  1. Leonard M. Adleman (1994-11-11). "Molecular Computation Of Solutions To Combinatorial Problems". Science 266 (11): 1021–1024. doi:10.1126/science.7973651. http://www.usc.edu/dept/molecular-science/papers/fp-sci94.pdf.  — முதல் டி.என்.ஏ கணிப்பீடு ஆய்வுக்கட்டுரை. இயக்கப்பட்ட ஹேமில்டோனியன் வழிச் சிக்கலுக்கான தீர்வினை விவரிக்கிறது.
  2. Dan Boneh, Christopher Dunworth, Richard J. Lipton, and Jiri Sgall (1996). "On the Computational Power of DNA". DAMATH: Discrete Applied Mathematics and Combinatorial Operations Research and Computer Science 71. http://www.dna.caltech.edu/courses/cs191/paperscs191/bonehetal.pdf. பூலியன் நிறைவுறு சிக்கலுக்கான தீர்வினை விவரிக்கிறது.
  3. Lila Kari, Greg Gloor, Sheng Yu (January 2000). "Using DNA to solve the Bounded Post Correspondence Problem". Theoretical Computer Science 231 (2): 192–203. http://citeseer.ist.psu.edu/kari00using.html.  — கட்டமைக்கப்பட்ட தொடர்புக்குப் பின்னான சிக்கலுக்கான தீர்வினை விவரிக்கிறது. இது சராசரியில் கடினமான NP-முழுமையான சிக்கலாகும்.
  4. Lovgren, Stefan (2003-2-24). "Computer Made from DNA and Enzymes". National Geographic. பார்த்த நாள் 2009-11-26.
  5. 5.0 5.1 Yaakov Benenson1, Binyamin Gil, Uri Ben-Dor, Rivka Adar, Ehud Shapiro (2004-04-28). "An autonomous molecular computer for logical control of gene expression". Nature 429: 423–429. doi:10.1038/nature02551. http://www.wisdom.weizmann.ac.il/~lbn/other_links/ShapiroNature2004.pdf. 
  6. David I. Lewin (2002). "DNA Computing". Computing in Science & Engineering 4 (3): 5–8. doi:10.1109/5992.998634. 
  7. C. H. Bennett (1973). "Logical Reversal of Computation". IBM Journal of Research and Development 17 (6): 525–532.  இணைப்பு
  8. 8.0 8.1 Kahan, M; Gil, B; Adar, R; Shapiro, E (2008). "Towards Molecular Computers that Operate in a Biological Environment". Physica D: Nonlinear Phenomena 237 (9): 1165–1172. doi:10.1016/j.physd.2008.01.027. 
  9. 9.0 9.1 Benenson, Yaakov; Paz-Elizur, Tamar; Adar, Rivka; Keinan, Ehud; Livneh, Zvi; Shapiro, Ehud (2001). "Programmable and Autonomous Computing Machine Made of Biomolecules". Nature 414 (6862): 430–434. doi:10.1038/35106533. 
  10. Nayebi, A (2009). "Parallel DNA implementation of fast matrix multiplication techniques based on an n-moduli set". arXiv: 0912.0750: 1–15. 
  11. 11.0 11.1 Shimon Weiss (1999). "Fluorescence Spectroscopy of Single Biomolecules". Science 283 (5408): 1676–1683. doi:10.1126/science.283.5408.1676. 
  12. Stephen W. Santoro, Gerald F. Joyce (1997). "A General Purpose RNA-cleaving DNA Enzyme". Proc. Natl. Acad. Sci. 94 (9): 4262–4266. doi:10.1073/pnas.94.9.4262. 
  13. Milan Stojanovic, Darko Stefanovic (2003). "A Deoxyribozyme-Based Molecular Automaton". Nature Biotechnology 21 (9): 1069–1074. doi:10.1038/nbt862. 
  14. MacDonald, Joanne; Li, Yang; Sutovic, Marko; Lederman, Harvey; Pendri, Kiran; Lu, Wanhong; Andrews, Benjamin L.; Stefanovic, Darko et al. (2006). "Medium Scale Integration of Molecular Logic Gates in an Automaton". Nano Letters 6 (11): 2598–2603. doi:10.1021/nl0620684. 
  15. Stojanovic, Milan N.; Mitchell, Tiffany Elizabeth; Stefanovic, Darko (2002). "Deoxyribozyme-Based Logic Gates". Journal of the American Chemical Society 124: 3555–3561. doi:10.1021/ja016756v. 
  16. Rani P. G. Cruz, Johanna B. Withers, Yingfu Li. (2004). "Dinucleotide Junction Cleavage: Versatility of 8-17 Deoxyribozyme". Chemistry & Biology 11 (1): 57–67. 
  17. 17.0 17.1 Shapiro, Ehud (1999-12-07). "A Mechanical Turing Machine: Blueprint for a Biomolecular Computer". Weizmann Institute of Science. பார்த்த நாள் 2009-08-13.
  18. Gareth L. Bond, Wenwei Hu, and Arnold J. Levine (2005). "MDM2 is a Central Node in the p53 Pathway: 12 Years and Counting". Current Cancer Drug Targets 5 (1): 3–8. doi:10.2174/1568009053332627. 

கூடுதல் வாசிப்பு[தொகு]

  • Martyn Amos (June 2005). Theoretical and Experimental DNA Computation. Springer. ISBN 3-540-65773-8. http://www.springeronline.com/sgw/cda/frontpage/0,11855,3-0-22-1995351-0,00.html.  — முழுத் துறையையும் குறிப்பதற்கான முதல் பொதுவான வார்த்தை.
  • Gheorge Paun, Grzegorz Rozenberg, Arto Salomaa (October 1998). DNA Computing - New Computing Paradigms. Springer-Verlag. ISBN 3-540-64196-3.  — டி.என்.ஏ தொடர்புடைய விசயங்களின் அறிமுகத்துடன் ஆரம்பிக்கும் இந்த புத்தகம், உயிரி வேதியியல், மொழி மற்றும் கணக்கீட்டுக் கோட்பாடுகளின் அடிப்படைகள் மற்றும் டி.என்.ஏ கணிப்பீடுகின் மேம்பட்டக் கணிதச் செயல்பாடுகள் ஆகியவற்றைக் கொண்டிருக்கிறது.
  • JB. Waldner (January 2007). Nanocomputers and Swarm Intelligence. ISTE. பக். 189. ISBN 2746215160. 

புற இணைப்புகள்[தொகு]

"http://ta.wikipedia.org/w/index.php?title=டி.என்.ஏ_கணிப்பீடு&oldid=1355933" இருந்து மீள்விக்கப்பட்டது