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Winzige Rechenmaschine mit DNA angetrieben

06.03.2003 - (idw) Weizmann Institut

Das Gerät erhielt den "Guinness Weltrekord" als "kleinstes biologisches Rechengerät"

Fünfzig Jahre nach der Entdeckung der Struktur der DNA wurde eine neue Verwendungsmöglichkeit für das gefeierte Molekül gefunden: Es dient nun auch als Energiequelle für molekulare Rechensysteme. Die Studie, die von Wissenschaftlern am Weizmann Institut durchgeführt wurde, erscheint diese Woche in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences USA (PNAS).
Ob aus der Steckdose oder vom Akku - Computer brauchen Strom. Vor rund einem Jahr machte Prof. Ehud Shapiro vom Weizmann Institut internationale Schlagzeilen, als er eine programmierbare, molekulare Rechenmaschine aus Enzymen und DNA-Molekülen zusammenbastelte. Nun hat das Team das Gerät auch noch besonders energiesparend gemacht: Das einzige DNA-Molekül, das den Computer mit den Input-Daten versorgt, liefert auch den notwendigen Treibstoff.
Die Energiequelle für das frühere Gerät war ein Molekül mit Namen ATP, der Standard-Energiewährung aller Lebewesen. Die neue Version verarbeitet sein DNA-Input-Molekül und verwendet nur spontane, Energie freisetzende Vorgänge. Es bricht zwei Verbindungen im DNA-Input-Molekül auf, wodurch die in diesen Verbindungen gespeicherte Energie als Wärme frei wird. Dieser Vorgang produziert genügend Energie, um Berechnungen ohne eine äußere Energiequelle durchzuführen.

Ein Teelöffel (5 Milliliter) dieser "Computersuppe" kann 15.000 Billionen solcher Computer enthalten, die gemeinsam pro Sekunde 330 Billionen Rechenvorgänge mit einer Genauigkeit von 99.9% pro Rechenschritt durchführen können. Diese Computer brauchen sehr wenig Energie (die, wie gesagt, vollständig durch das Input-Molekül geliefert wird) und setzen insgesamt weniger als 25 Millionstel Watt an Wärme frei.

Das Gerät hält seit Kurzem den Guinness Weltrekord als "kleinstes biologisches Rechengerät".

Die Studie wurde von Yaakov Benenson, Dr. Rivka Adar, Dr. Tamar Paz-Elizur, Prof. Zvi Livneh und Prof. Ehud Shapiro von den Abteilungen Biologische Chemie und Informatik und angewandte Mathematik ausgeführt.

Die Studien von Prof. Ehud Shapiro werden vom Dolfi-und-Lola-Ebner-Zentrum für Biomedizinische Forschung, Yad Hanadiv, dem Robert-Rees-Fonds für angewandte Forschung und von der Samuel-R.-Dweck-Stiftung unterstützt.

Weitere Information erhältlich unter www.weizmann.ac.il/udi
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