Kruisende kanalen: links gaat alles rechtdoor, rechts kunnen de actines twee kanten uit.

Met motoreiwitten kun je een biologische computer aandrijven die sommige wiskundige problemen sneller oplost dan een klassieke microprocessor. Het eerste prototype werkt al, meldt een internationaal gezelschap in PNAS.

Het gaat dan met name om situaties waarbij je een hoop berekeningen tegelijk kunt doen. Kort door de bocht is het eenvoudiger een miljoen motoreiwitten parallel te laten kruipen (in een levend organisme doen ze in feite niet anders), dan een miljoen microprocessoren parallel te schakelen.

Dat kruipen moeten ze dan doen in een labyrint van kanaaltjes, die je etst in een chip van polymethylmethacrylaathars op een siliciumdioxide-ondergrond. De motoreiwitten (hier myosine) zitten op die bodem; door een nabewerking is de hars hydrofiel en kunnen de eiwitten er niet tegenop klimmen. De bovenzijde laat je vrij zodat je energie kunt toevoeren in de vorm van een ATP-houdende oplossing. Het kanalenpatroon hangt af van de wiskundige bewerking die je wilt uitvoeren; voorlopig is het tweedimensionaal maar dat hoeft niet.

Het ‘rekenen’ komt er vervolgens op neer dat je eiwitfilamenten (hier actine) toevoert aan één zijde van het labyrint, de myosines hun natuurlijke werk laat doen, en bekijkt waar ze de filamenten er aan de andere kant weer uit schuiven.

De truc zit in de manier waarop de kanaaltjes elkaar kruisen. De eiwitfilamenten passen er precies in en kunnen alleen de hoek om wanneer het een heel flauwe hoek is. Normaal kruisen de kanaaltjes elkaar onder een veel grotere hoek en kunnen de eiwitten alleen rechtdoor. Maar op bepaalde plekken voeg je een soort uit- en invoegstroken toe zodat de kans fifty-fifty is dat ze links- of rechtsaf gaan.

Laatste auteur Dan V. Nicolau (McGill University, Canada) en eerste auteur Dan V. Nicolau jr. (zoon van, UC Berkeley) hebben er jaren aan gewerkt, samen met Nederlandse, Duitse, Britse en Zweedse collega’s.

Het in PNAS gepresenteerde prototype lost een zogeheten ‘subset sum problem’ op. Als je een verzameling hebt van een aantal gehele getallen, zit daar dan een deelverzameling in die bij optelling een bepaald getal oplevert? Een microprocessor is eindeloos bezig om alle mogelijkheden uit te proberen, bij de motoreiwitchip komt het neer op een paar honderd actinefilamenten invoeren op één voedingspunt en afwachten welke uitgangen ze wel of niet weten te bereiken.

In hoeverre het echt praktisch is, zal moeten blijken.

bron: TU Dresden, McGill University, PNAS