DNA-computer werkt echt maar is nog lang niet praktisch

Volgens sommigen is het de computer van de toekomst: de TT-100, een reageerbuisje met 0,1 milliliter DNA-oplossing. De wiskundige Kenneth Adleman van de universiteit van Southern California in Los Angeles loste er drie jaar geleden een (eenvoudig) handelsreizigerprobleem mee op. Het handelsreizigersprobleem stelt zich de vraag wat bij een gegeven aantal steden de kortste route is om ze allemaal één keer aan te doen.

Zo heel vreemd was het niet om de mogelijkheden van DNA voor het oplossen van wiskundige problemen te beproeven. In dit 'molecule of life' ligt immers een enorme hoeveelheid informatie opgeslagen - de blauwdruk van elk levend wezen - die door middel van een aantal elementaire operaties kan worden 'vertaald' en bewerkt. In feite kan elk individueel molecuul dus als computer fungeren, waarmee de TT-100 en zijn opvolgers massively parallel zijn. Zelfs een klein beetje oplossing bevat immers al gauw zon 10moleculen! Met name voor het oplossen van zoekproblemen of voor het kraken van geheime codes leek de DNA-computer bij uitstek geschikt. Dat bleek onlangs opnieuw toen onderzoekers van het NEC Research Institute in Princeton er het maximal clique problem mee oplosten (Science, 17 oktober 1997).

Deze bedrieglijk eenvoudige opgave vraagt om in een gegeven netwerk van steden en verbindende wegen het grootste aantal steden te vinden dat met alle andere verbonden is. Voor kleine aantallen is dat direct duidelijk, maar het probleem wordt heel snel ingewikkelder naarmate het aantal steden groeit. Hoewel het in dit geval maar voor zes steden werd opgelost, kan een vergelijkbare methode in principe ook op veel grotere netwerken worden toegepast.

Allereerst werden alle mogelijke 'cliques' gesynthetiseerd in de vorm van DNA-ketens. Zo werd de groep (2,3,5) eerst weergegeven met de code (011010), waarna een 0 werd vertaald in tien baseparen en een 1 in nul baseparen. De enen en nullen waren van elkaar gescheiden door tussenstukjes. Vervolgens moest er worden geselecteerd. Als bijvoorbeeld stad nummer 1 en 4 niet met elkaar verbonden zijn, kunnen ze nooit samen in een clique zitten. Alle stukjes DNA-code van de vorm 1XX1XX kunnen dus worden verwijderd. Dit gebeurde met behulp van speciale restrictie-enzymen. Zo bleven alle mogelijke cliques over. Door deze op lengte te scheiden, kon de grootste clique - corresponderend met het kortste stukje DNA - worden gevonden. Door dit stukje tenslotte met behulp van een virus en bacteriën te klonen kon ook nog de precieze basenvolgorde ervan en daarmee de precieze samenstelling van de grootste clique worden gevonden.

Hoewel dus opnieuw is aangetoond dat een DNA-computer écht werkt, is de gebruikte methode nog altijd niet praktisch. Bij meer dan dertig steden wordt het aantal van tevoren te synthetiseren DNA-ketens eenvoudig te groot. Daarom zijn slimme, nieuwe algoritmes nodig en zal ook het 'uitlezen' van de informatie nog aanmerkelijk moeten worden versneld. De TT100 zal voorlopig nog wel even een prototype blijven.

    • Rob van den Berg