является использование стандартных нуклеотидов после обработки особыми ферментами. В частности, такие нуклеотиды могут потерять одну или несколько степеней свободы, что позволит им демонстрировать принципиально новые свойства
(см., например, [54], пункт 1.2). Наконец, при необходимости можно использовать искусственно созданные новые типы нуклеотидов (см., в частности, [54], пункт 1.3).
Отметим, что конструкция вычислительного устройства в работе [51] использует шесть типов нуклеотидов.
Хотя теоретические возможности нанобиологической робототехники говорят в пользу того, что в перспективе она способна заменить собой большинство из традиционных технологий, совершенно ясно, что переход на эту технологию может происходить только постепенно и вопрос об интеграции нанобиологических устройств с традиционными еще долго будет оставаться актуальным. Серьезным препятствием на пути построения интерфейсов между нанобиологическими устройствами и электронными является довольно низкая электропроводность молекул ДНК. Поэтому существенный интерес представляет разработка новых материалов, интегрирующих в себе генетический материал и проводящие материалы. Следует отметить, что исследования в этой области представляют интерес не только с точки зрения создания модифицированных молекул ДНК с высокими проводящими свойствами, но и для разработки новых технологий поатомной сборки металлических соединений и т.д. На сегодняшний день ведутся активные исследования в области взаимодействия генетических материалов с другими функциональными молекулами (см., например,
[122] – [134]), в том числе исследуются вопросы взаимодействия нанорешеток с другими материалами (металлами, полупроводниками и др.) (см., например, [135] – [162]). Ведутся исследования в области создания интегрированных конструкций из молекул ДНК и проводящих материалов, например, карбоновых нанотуб (см. [163]).
Наиболее интересной представляется технология металлизации молекул ДНК,
поскольку она позволяет повысить проводимость самой молекулы ДНК, а не использует молекулы ДНК как связующий материал для проводников. Существует несколько подходов к металлизации ДНК. В частности, нанесение металла на поверхность [164], создание искусственных нуклеотидов, содержащих атомы металла
(например, палладия или меди [165], [166]), размещение ионов цинка между
36
нуклеотидами [167]. В первом эксперименте по металлизации [168] была получена функциональная связь ДНК с серебром для установления проводимости между золотыми электродами. Позднее эта технология была существенно улучшена и распространена на ряд других металлов и полупроводников (см., например, [169] – [174]).
Литература
1.Adleman L.M. Molecular computation of solutions to combinatorial problems // Science. 1994. V.266, 1021-1024.
2.Benenson Y., Paz-Elizur T., Adar R., Keinan E., Livneh Z., Shapiro E. Programmable and autonomous computing machine made of biomolecules // Nature. 2001. V.414. P.430–434.
3.Benenson Y., Gil B., Ben-Dor U., Adar R., Shapiro E. An autonomous molecular computer for logical control of gene expression // Nature. 2004. V.429. P.423-442.
4.Benenson Y., Adar R., Paz-Elizur T., Keinan E., Livneh Z., Shapiro E. DNA molecule provides a computing machine with both data and fuel // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2003. V.100. P.2191–2196.
5.http://bdcc.kmip.net/htmls/dnacomputer/index.php.
6.Faulhammer D., Cukras A.R., Lipton R.J., Landweber L.F. Molecular computation: RNA solution to chess problems // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2000. V.97. P.1385-1389.
7.Landweber L.F., Lipton R.J., Rabin M.O. DNA computations: A potential ―Killer App‖? // H.Rubin and D.H.Wood, editors. DNA Based Computers III: DIMACS Workshop, June 23-27, 1997. University of Pennsylvania, Providence, Rhode Island, 1997. P.161-172.
8.Lipton R.J. DNA solution of hard computational problem // Science. 1995. V.268. P.542-545.
9.Faulhammer D., Cukras A.R., Lipton R.J., Landweber L.F. When the knight falls: On constructing an RNA computer // E.Winfree, D.K.Gifford, editors. Proc. 5th
DIMACS Workshop on DNA Based Computers held at the Massachusetts Institute of
37
Technology, Cambridge, MA, 1999. DIMACS: Series in Discrete Math. and
Theoretical Computer Sci., Providence, Rhode Island, 2000. P.1-8.
10.Liu Q., Wang L., Frutos A.G., Condon A.E., Corn R.M., Smith L.M. DNA computing on surfaces // Nature. 2000. V.403. P.175-179.
11.Mao C., LaBean T.H., Reif J.H., Seeman N.C. Logical Computation Using Algorithmic Self-Assembly of DNA Triple Crossover Molecules // Nature. 2000. V.407. P.493-496.
12.Ouyang Q., Kaplan P.D., Liu S., Libchaber A. DNA solution of the maximal clique problem // Science. 1997. V.278. P.446-449.
13.Reif J.H. Parallel Biomolecular Computation: Models and Simulations // Proceedings: 7th Annual ACM Symposium on Parallel Algorithms and Architectures (SPAA'95) Santa Barbara, CA, July 1995. P.213-223.
14.Reif J.H. Local Parallel Biomolecular Computation // Proc. DNA-Based Computers, III: University of Pennsylvania, June 23-26, 1997. DIMACS Series in Discrete Mathematics and Theoretical Computer Science, H. Rubin and D. H. Wood, editors. American Mathematical Society, Providence, RI, 1999. P.217-254.
15.Reif J.H. Paradigms for Biomolecular Computation // First International Conference on Unconventional Models of Computation, Auckland, New Zealand, January 1998. Unconventional Models of Computation, edited by C.S. Calude, J. Casti, and M.J. Dinneen, Springer-Verlag, New York, January 1998. P.72-93.
16.Gehani A., Reif J.H. Micro Flow Bio-Molecular Computation // Journal of Biological and Informational Processing Sciences. 1999. V.52. N1-3. P.197-216.
17.Rothemund P.W.K. A DNA and restriction enzyme implementation of Turing machines // R.J.Lipton and E.B.Baum, editors. DNA Based Computers: Proceedings of the DIMACS Workshop, April 4, 1995, Princeton University, Providence, Rhode Island, 1996. P.75-119.
18.Ruben A.J., Landweber L.F. The past, present and future of molecular computing // Nature Rev. Mol. Cell. Biol. 2000. V.1. P.69-72.
19.Smith W.D. DNA computers in vitro and in vivo // R.J.Lipton and E.B.Baum, editors. DNA Based Computers: Proceedings of the DIMACS Workshop, April 4, 1995, Princeton University, Providence, Rhode Island, 1996. P.121-185.
38
20.Winfree E. On the computational power of DNA annealing and ligation // R.J.Lipton and E.B.Baum, editors. DNA Based Computers: Proceedings of the DIMACS Workshop, April 4, 1995, Princeton University, Providence, Rhode Island, 1996. P.199-221.
21.Amos M. DNA computation. PhD Thesis, Univ. of Warwick, Dept. of Computer Sci., 1997.
22.Amos M. Theoretical and experimental DNA computation // Bull. EATCS. 1999. V.67. P.125-138.
23.Amos M. Theoretical and experimental DNA computation. Berlin, Springer, 2004.
24.Amos M. et al. Practical implementation of DNA computations // C.S.Calude, J.Casti, M.J.Dinneen, editors. Unconventional Models of Computation. Berlin, Springer, 1998. P.1-18.
25.Amos M., Paun G., Rozenberg G., Salomaa A. Topics in the theory of DNA computing // Theoretical Computer Sci. 2002. V.287. P.3-38.
26.Paun G. Membrane computing: Main ideas, basic results, applications // Molecular Computational Models: Unconventional Approaches (M. Gheorghe, ed.), Idea Group Publ., London, 2004. P.1-31.
27.Ibarra O.H., Paun G. Membrane computing: A general view // Annals of European Academy of Sciences, 2008.
28.Braich R.S. et al. Solution of a satisfiability problem on a gel-based DNA computer // A.Condon, G.Rosenberg, editors. DNA computing, 6th Intern. Workshop on DNA Based Computers, Leiden, 2000, LNCS 2054. Berlin, Springer, 2001. P.2742.
29.Guarnieri F., Fliss M., Bancroft C. Making DNA add // Science. 1996. V.273. P.220-223.
30.Khodor J., Gifford D.K. Design and implementation of computational systems based on programmed mutagenesis // BioSystems. 1999. V.52. P.93-97.
31.Khodor J., Gifford D.K. Programmed mutagenesis is a universal model of computation // N.Jonoska, N.C.Seeman, editors. 7th Intern. Workshop on DNA Based Computers, Tampa, FL, 2001, LNCS 2340. Berlin, Springer, 2002, P.300-37.
32.Leete T.H., Klein J.P., Rubin H. Bit operations using a DNA template // H.Rubin
39
and D.H.Wood, editors. DNA Based Computers III: DIMACS Workshop, June 23-27,
1997. University of Pennsylvania, Providence, Rhode Island, 1997. P.159-171.
33.Morimoto N., Arita M., Suyama A. Solid phase DNA solution to the Hamiltonian path problem // H.Rubin and D.H.Wood, editors. DNA Based Computers III: DIMACS Workshop, June 23-27, 1997. University of Pennsylvania, Providence, Rhode Island, 1997. P.193-206.
34.Wood D.H., et al. In vitro selection for a OneMax DNA evolutionary computation
//E.Winfree, D.K.Gifford, editors. Proc. 5th DIMACS Workshop on DNA Based Computers held at the Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, 1999. DIMACS: Series in Discrete Math. and Theoretical Computer Sci., Providence, Rhode Island, 2000. P.23-38.
35.Wood D.H., et al. DNA starts to learn poker // N.Jonoska, N.C.Seeman, editors. 7th
Intern. Workshop on DNA Based Computers, Tampa, FL, 2001, LNCS 2340. Berlin,
Springer, 2002, P.92-103.
36.Yoshida H., Suyama A. Solution to 3-SAT by breadth first search // H.Rubin and D.H.Wood, editors. DNA Based Computers III: DIMACS Workshop, June 23-27, 1997. University of Pennsylvania, Providence, Rhode Island, 1997. P.9-22.
37.Seeman N.C. Nucleic Acid Junctions and Lattices // Journal of Theoretical Biology. 1982. V.99. P.237-247.
38.LaBen T.H., Yan H., Kopatsch J., Liu F., Winfree E., Reif J.H, Seeman N.C. The Construction of DNA Triple Crossover Molecules // Journal of the American Chemical Society. 2000. V.122. P.1848-1860.
39.Yan H., LaBean T.H., Feng L., Reif J.H. Directed Nucleation Assembly of Barcode Patterned DNA Lattices // Proceedings of the National Academy of Science. 2003. V.100. N14. P.8103-8108.
40.Yan H., Park S.H., Finkelstein G., Reif J.H., LaBean T.H. DNA-Templated SelfAssembly of Protein Arrays and Highly Conductive Nanowires // Science. 2003. V.301. P.1882-1884.
41.Li H., Park S.H., Reif J.H., LaBean T. H., Yan H. J DNA-Templated SelfAssembly of Protein and Nanoparticle Linear Arrays // Journal of American Chemistry Society. 2004. V.126. N2. P.418-419.
40