Obliczenia w próbówce

Obliczenia na niciach DNA

Teraz czas na operacje, które możemy wykonywać na cząsteczkach DNA (analogicznie do operacji binarnych na danych w konwencjonalnym komputerze). Obliczenia cząsteczkowe bazują głównie na mechanizmach, które w naturalny sposób istnieją w żywych komórkach, bowiem nie wszystkie działania, jakie wymyślimy, udaje się fizycznie zrealizować. Operacje te mają niestety długie i trudne do zapamiętania nazwy. No cóż, biologia molekularna jest dość młodą dziedziną i kiedy powstawała wszystkie krótkie i łatwe słowa były już zajęte. Nie należy się jednak tym zniechęcać, bo przeważnie terminy te mają proste definicje. Ograniczymy się do umówienia jedynie tych operacji, których będziemy używać w opisie eksperymentu. Niektóre procedury i reakcje celowo upraszczamy, aby pozbyć się zbyt technicznych, a zbędnych w tym artykule szczegółów.

Podstawowe operacje na niciach DNA

1. denaturacja - rozdzielanie się (rozplatanie) dwuniciowej spirali na dwie niezależnie pojedyncze nici. W sposób sztuczny reakcja  ta  generowana jest za pomocą podgrzania mieszanki DNA.



2. renaturacja - parowanie się (splatanie) niezależnych komplementarnych nici w cząsteczkę dwuniciową, proces odwrotny do denaturacji. W warunkach sztucznych wywoływany za pomocą ochładzania mieszanki DNA.



3. replikacja (namnażanie) - służy do podwajania liczby dwuniciowych cząsteczek DNA. Helisa jest stopniowo rozplatana za pomocą denaturacji, a jej rozplecione końce służą jako matryce dla enzymu polimerazy, który dobudowuje komplementarne nici na ich podstawie. W rezultacie powstają dwie identyczne cząsteczki DNA.

Operacje nie występujące w warunkach naturalnych

Są to rutynowe operacje wykonywane w każdym laboratorium do badania własności DNA, choć próżno szukać ich analogii w naturze. Nam będą potrzebne do wykonania algorytmu. W tym miejscu podamy krótką definicję tych operacji, a bardziej szczegółowe wyjaśnienie przedstawimy przy opisie eksperymentu.

1. elektroforeza na żelu - proces służący do sprawdzania długości nici DNA,
2. synteza DNA - sztuczne budowanie łańcucha DNA o zadanej z góry sekwencji zasad,
3. rozdział oparty na powinowactwie (ang. affinity separation) - operacja umożliwiająca wybór z mieszanki tych nici DNA, które zawierają fragment komplementarny do zadanej przez badacza krótkiej sekwencji.

Uff! To była spora porcja informacji. Teraz można odetchnąć i rozprostować na chwilę komórki nerwowe: wrócimy do problemu ścieżki Hamiltona.