بعد خمسين عاماً من اكتشاف التركيبة الحلزونية المزدوجة للمادة الوراثية DNA، يقترح علماء من معهد وايزمان استخداماً جديداً لهذا الجزيء الذي يشكل أساس ظاهرة الحياة: الوقود لتشغيل أنظمة الحوسبة الجزيئية
الواقفين من اليمين إلى اليسار: البروفيسور تسفي ليفنا والبروفيسور إيهود شابيرا. الجالسون من اليمين إلى اليسار: د. تمار باز إليتسور، يعقوب بينانسون، د. ريفكا أدير. طاقة بديلة
بعد خمسين عاما من اكتشاف البنية الحلزونية المزدوجة للمادة الوراثية DNA، يقترح علماء من معهد وايزمان استخداما جديدا لهذا الجزيء، الذي يعد أساس ظاهرة الحياة: الوقود لتشغيل أنظمة الحوسبة الجزيئية. مثل أي جهاز آخر، تحتاج أجهزة الكمبيوتر أيضًا إلى إمدادات ثابتة من الطاقة لتشغيلها. أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية، على سبيل المثال، تستهلك الكهرباء. ومن ناحية أخرى، فإن نظام الحساب الجزيئي، الذي قدمه قبل حوالي عام البروفيسور إيهود شابيرا وفريقه من معهد وايزمان للعلوم، مدعوم بالطاقة المستمدة من جزيئات ATP التي توفر الطاقة لجميع أشكال الحياة المعروفة على الأرض. أضاف الباحثون "وقود" ATP إلى المحلول الذي يحتوي على جزيئات الحمض النووي التي كانت بمثابة المدخلات والمخرجات، وجزيئات الإنزيمات المختلفة التي أجرت عملية الحساب.
دراسة أصلية أخرى أجراها فريق البروفيسور شابيرا، وتم نشرها مؤخرًا في المجلة العلمية "سجلات الأكاديمية"
توضح الأكاديمية الوطنية للعلوم بالولايات المتحدة الأمريكية - PNAS، كيف يمكن تشغيل نظام الحساب الجزيئي بطريقة اقتصادية بشكل خاص، عندما يوفر جزيء الحمض النووي المستخدم كمدخل للنظام أيضًا الطاقة اللازمة لتشغيله.
يتم تشغيل النسخة المحسنة من نظام الحساب الجزيئي فقط من خلال الطاقة التي يتم إطلاقها في عملية قطع جزيء الإدخال، والتي تعد جزءًا من عملية الحساب التي يقوم بها النظام. هذه هي الطاقة المخزنة في الروابط الكيميائية لجزيء الحمض النووي. كما نعلم، عندما يقوم إنزيم القطع في نظام الحوسبة بقطع جزيء الحمض النووي وفصل رابطتين كيميائيتين في "العمود الفقري" للحلزون المزدوج، تتحول طاقة الرابطة الكيميائية إلى طاقة حرارية يتم إطلاقها، وبالتالي تحريك الجزيئات نظام الحوسبة.
يمكن لملعقة صغيرة (5 مل) من "حساء الكمبيوتر الجزيئي" أن تحتوي على 15,000 تريليون (15 متبوعًا بـ 15 صفرًا) من أنظمة الحساب الجزيئي، والتي تؤدي معًا 330 تريليون عملية في الثانية بمستوى دقة 99.9% لكل عملية. تحتاج هذه الأنظمة إلى القليل جدًا من الطاقة لتشغيلها، والتي يتم توفيرها بالكامل من خلال إطلاق الطاقة المخزنة في الروابط الكيميائية لجزيئات الحمض النووي. كمية الحرارة المنبعثة من "الحساء" في هذه العملية صغيرة للغاية: 25 مليون واط فقط. هذه البيانات أكسبت نظام الحساب الجزيئي للبروفيسور شابيرا لقب "أصغر نظام حساب بيولوجي في العالم"، نيابة عن موسوعة غينيس للأرقام القياسية.
وشارك في الدراسة الطالب الباحث يعقوب بينانسون، د. ريفكا أدير، د. تمار باز إليتسور والبروفيسور تسفي ليفنا من القسم.
للكيمياء الحيوية في معهد وايزمان للعلوم، والبروفيسور إيهود شابيرا من نفس القسم ومن قسم علوم الكمبيوتر والرياضيات التطبيقية في معهد وايزمان للعلوم.
