كتب the methods used

هناك طرق عديدة لبناء جهاز حاسوبي اعتمادا على الدنا ولكل منها مساوئها وحسناتها. معظمها يبني البوابات المنطقية الأساسية (بوابة أو وبوابة و وبوابة ليس) المتعلقة بالمنطق الرقمي المنطلق من قاعدة دنا. تشمل القواعد المحتلفة إنزيمات الدنا (الحفازات) وقليلات نوكليوتيد منقوصة الأكسجين (Deoxyoligonucleotides) والإنزيمات وتبليط الدنا (DNA Tiling) وتفاعل البوليميراز المتسلسل.

الحفازات

الدنا المحفّز (الديوكسيريبوزيمات أو الحفاز) يحفّز رد فعل عند التفاعل مع التفاعل مع المدخلات المناسبة مثل قليل نيكليوتيد (Oligonucleotide) ملائم. تستخدم هذه الحفازات لبناء بوابات منطقية مماثلة للمنطق الرقمي في السيليكون؛ ومع ذلك فإن الحفازات تنحصر في ببوابات منطقية تمتلك مدخلا ومدخلين وثلاثة مدخلات دون وجود تطبيق حالي لتقييم البيانات في السلسلة.

تغير بوابة الحفاز المنطقية من تركيبها عندما ترتبط إلى قليل نيكليوتيد ملائم وتنفصم الركائز الفلورية (بالإنجليزية:Fluorogenic Substrate) المرتبطة إليها لتتحرر. بينما يمكن استخدام مواد أخرى فإن معظم الوحدات تستخدم ركائز الكواشف الفلورية وذلك لأنه من السهل بمكان اكتشافها حتى عند حد الجزيء المفرد. يمكن قياس الفلورية الناتجة لتحديد حدوث التفاعل من عدمه. يمكن ساعتها استخدام الحفاز الذي يغير، ولا يستطيع بدء أي تفاعلات أخرى. وبسبب ذلك، تحدث هذه التفاعلات في جهاز مثل مفاعل الحوض ذو التحريك المستمر (Continuous Stirred-Tank Reactor) حيث تتم إزاحة المنتج القديم وإضافة الجزيء الجديد. يوجد حفازان شائعان يحملان اسمي E6 و17-8 وترجع شهرتهما إلى أنهما يسمحان بفصم الركيزة في أي موقع اعتباطي. استخدم ستويانوفيتش Stojanovic وماكدونالد MacDonald حفاز E6 لبناء جهازي MAYA I و MAYA II على التوالي. أظهر ستويانوفيتش البوابات المنطقية باستخدام حفاز 17-8. بينما تم إثبات فاعلية الحفازات في إنشاء البوابات المنطقية؛ فهي تبقى محددة بالحاجة إلى تميم عامل فلزي لتلعب دورها مثل Zn⁺² أو Mn⁺²، وبالتالي فهي غير ذات فائدة في الحيوية. يتكون تصميم يدعى بالعروة الجذعية stem loop من خيط واحد من الدنا يحوي حلقة في نهايته، وهو تركيب ديناميكي يفتح ويغلق عندما عندما يرتبط جزء من الدنا بجزء الحلقة. تم استغلال هذا التأثير لإنشاء بوابات منطقية عديدة. استخدمت هذه البوابات المنطقية لإنشاء الحواسيب MAYA I و MAYA II التي يمكنها أن تلعب لعبة إكس-أو إلى حد ما.

الإنزيمات

عادة ما تأخذ الحواسيب التي تتخذ من إنزيمات الدنا أساسا لها شكل آلة تورنغ بسيطة حيث يكون العتاد التناظري بشكل إنزيم فيما يتخذ البرنامج شكل الدنا. عرض شابيرو لحاسوب دنا يستخدم الإنزيم FokI ووسع من عمله عن طريق الذهاب لإظهار آلة ذاتية التشغيل تشخّص وتتفاعل مع سرطان البروستات: تحت تعبير جينات PPAP2B وGSTP1 والتعبير الفائق لجين PIM1 وHPN. قامت الآلة التي اخترعها بتقدير تعبير كل جين بواقع جين واحد في كل مرة وعند حدوث تقييم إيجابي تطلق جزيء خط دنا مفردا (بالإنجليزية: ssDNA) مضادا لـ MDM2. إن MDM2 هو كاظم (بالإنجليزية: Repressor) للبروتين 53 والذي هو كابح للورم في حد ذاته. في حالة التشخيص الخاطئ؛ تقرّر إطلاق كابح عقار للتشخيص الإيجابي بدلا من عمل لا شيء. يحد من هذا التطبيق لزوم استخدام آلتين منفصلتين بحيث تشرف كل واحدة منهما على عقار. استغرقت عملية التقييم وحتى إطلاق العقار حوالي الساعة لإتمامها. تتطلب هذه العملية حضور جزيئات الانتقال وإنزيم FokI كذلك. يحد شرط وجود إنزيم FokI من استخدامه في الكائنات الحية في "خلايا الكائنات الحية الأعلى" على الأقل. كما وتجدر الإشارة إلى أنه يمكن إعادة استخدام جزيئات البرنامج في هذه الحالة.

تبادل موضع القدم

تم صنع حواسيب الدنا أيضا باستخدام مفهوم تبادل موطئ القدم. في هذا النظام، يرتبط خيط دنا كمدخل إلى طرف دبق (Sticky End) أو موضع هش على جزيء دنا آخر مما يسمح له باستبدال جزء آخر من الخيط في الجزيء. يسمح هذا بابتكار وحدات عناصر المنطق مثل بوابات (و) و(أو) و(ليس) المنطقية ومكبرات الإشارة، والتي يمكن وصلها مع حواسيب أكبر اعتباطيا. لا تتطلب هذه الفئة من حواسيب الدنا أي إنزيمات أو أي قدرة كيمائية للدنا.

التجميع الحسابي الذاتي

تم تطبيق تقانة النانو على حقل حوسبة الدنا المرتبط به. يمكن تصميم بلاطات الدنا لتحتوي نهايات دبقة عديدة بسلاسل يتم اختيارها بحيث تتصرف كبلاطات وانغ. تم إثبات مصفوفة DX يقوم تجميعها بتشفير عملية XOR مما يسمح لمصفوفة الدنا بتنفيذ خلايا ذاتية السلوك (بالإنجليزية: Cellular Automaton) تولد كسيرية (بالإنجليزية: Fractal) تدعى مثلث سيربنسكي (بالإنجليزية: Sierpinski gasket) ويثبت هذا أنه يمكن إدراج الحساب إلى تجميع مصفوفات الدنا مما يوسع من مجالها أبعد من مجرد مصفوفات دورية بسيطة.