Bio-Computer

In einen Teelöffel passen 15 Billiarden Computer

Wissenschafter haben eine "schlaue" Flüssigkeit entwickelt, in der Erbmoleküle die Kalkulationen übernehmen. Ihre winzigen Recheneinheiten sind die kleinsten Bio-Computer der Welt und haben es sogar bis ins "Guinness-Buch der Rekorde" geschafft.

Seit einiger Zeit arbeiten israelische Forscherteamsan molekularen Computern auf DNS-Basis, die in manchen Disziplineneinmal herkömmlichen elektronischen Superhirnen überlegensein könnten. Bislang beruhten die Entwürfe jedoch meistauf einem Molekül namens ATP, das in den Zellen sämtlicherLebensformen die Standard-Energieeinheit darstellt und auch alseine Art Treibstoff die Erbgut-Rechner laufen lassen sollte.
 
Erbmolekül als Energiequelle
Anders der DNS-Computer, den die Wissenschaftlerum Ehud Shapiro vom Weizmann Institute of Science in Rehovot jetztim US-Fachblatt "Proceedings of the National Academy of Sciences"vorstellen: Er nutzt das Erbmolekül nicht nur als Datenträgerund Software, sondern auch als Energiequelle. Damit entwickelndie Forscher einen früheren Flüssigrechner weiter, densie vor gut einem Jahr präsentiert hatten.
 
So funktioniert die "Computersuppe"
Das Wasserhirn besteht im Prinzip aus einer Lösung,die Software in Form von DNS-Molekülen enthält. DieEingabe erfolgt, indem Daten ebenfalls als DNS-Stränge beigefügtwerden. Bei jedem Rechenschritt verbindet sich ein Eingabemolekülspontan mit einem Softwaremolekül. Das biochemische Programmveranlasst dann ein in der Flüssigkeit enthaltenes Enzym,das Eingabemolekül zu spalten.
 
Dieses Protein, das so genannte FokI, stellt dieHardware des DNS-Rechners dar. Zugleich sorgt es für denBetrieb des Bio-Computers: Beim Spalten des Eingabemolekülslöst es zwei chemische Bindungen. Die darin gespeicherteEnergie wird als Wärme freigesetzt, die den Betrieb des Flüssigrechnersohne ATP oder einer andere externe Energiequelle erlaubt. DasErgebnis gibt das wässrige Superhirn in Molekülformaus.
 
330 Billionen Rechenschritte pro Sekunde
Die energiesparende "Computersuppe", wie sie dieForscher nennen, verfügt über erstaunliche Leistungsmerkmale.Wie Shapiro und seine Kollegen kalkuliert haben, passen in einenTeelöffel 15 Billiarden Recheneinheiten. Diese wärendemnach zusammen in der Lage, in einer Sekunde 330 Billionen Rechenschritteauszuführen. Die Genauigkeit liegt, so die Wissenschaftler,bei 99,9 Prozent pro Rechenschritt.
 
Einsatzgebiet Medizin
Die Funktionstüchtigkeit der nassen Maschinehat das Team um Shapiro mit einigen relativ einfachen Reaktionenerprobt. Wenn der Bio-Computer eines Tages kompliziertere Aufgabenlösen kann, ließe er sich zum Beispiel bei der automatischenAnalyse von DNS-Material einsetzten. Auch Anwendungen im menschlichenKörper sind denkbar: Dort könnten molekulare Rechnerin ferner Zukunft auf biochemische Veränderungen reagierenund im Bedarfsfall ein Medikament als Ergebnis.