ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ-ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ

Μηχανικοί του ΜΙΤ μετέτρεψαν βακτηριακά κύτταρα σε «ζωντανούς» υπολογιστές, που είναι σε θέση να υπολογίσουν λογαρίθμους, να κάνουν διαιρέσεις και να εξάγουν...

τετραγωνικές ρίζες, χρησιμοποιώντας τρία ή και λιγότερα γενετικά τμήματα. Η όλη ιδέα προήλθε από τον τρόπο λειτουργίας των αναλογικών ηλεκτρονικών κυκλωμάτων. Οι ερευνητές δημιούργησαν συνθετικά υπολογιστικά κυκλώματα συνδυάζοντας υπάρχοντα γενετικά «τμήματα»- ειδικά παραμετροποιημένα γονίδια- με πρωτοποριακούς τρόπους.

Τα κυκλώματα αυτά κάνουν τους υπολογισμούς τους με αναλογικό τρόπο, εκμεταλλευόμενα φυσικές βιοχημικές λειτουργίες οι οποίες είναι ήδη υπάρχουσες σε ένα κύτταρο, αντί να χρησιμοποιήσουν «ψηφιακή λογική», καθιστώντας τα έτσι αποτελεσματικότερα από τα ψηφιακά κυκλώματα με τα οποία ασχολούνται οι περισσότεροι συνθετικοί βιολόγοι, όπως επισημαίνουν οι Ραχούλ Σαρπεσκάρ και Τίμοθι Λου, επικεφαλής της έρευνας, στο Nature.

Οι αναλογικοί υπολογισμοί θα μπορούσαν να είναι εξαιρετικά χρήσιμοι για το σχεδιασμό κυτταρικών αισθητήρων για παθογόνα ή άλλα μόρια, αναφέρουν οι ερευνητές. Αναλογικοί αισθητήρες θα μπορούσαν επίσης να συνδυαστούν με ψηφιακά κυκλώματα που μπορούν να προβούν σε εξειδικευμένες ενέργειες, ενεργοποιούμενες από προκαθορισμένες συγκεντρώσεις κάποιων μορίων.

Ο Σαρπεσκάρ αποτελεί ένθερμο υποστηρικτή της αντίληψης ότι οι αναλογικοί υπολογισμοί αποτελούν πολύ πιο αποδοτική εναλλακτική στους ψηφιακούς στον τομέα των «βιολογικών» υπολογιστών, καθώς τα αναλογικά κυκλώματα είναι σε θέση να λαμβάνουν συνεχόμενες ροές δεδομένων (όπως, στην περίπτωση των κυττάρων, η ποσότητα της γλυκόζης) και να εκμεταλλεύονται τις φυσικές υπολογιστικές λειτουργίες που υπάρχουν ήδη στα κύτταρα. «Οι αναλογικοί υπολογισμοί είναι εξαιρετικά αποδοτικοί. Η δημιουργία ψηφιακών κυκλωμάτων με αντίστοιχα επίπεδα ακριβείας θα απαιτούσε πολύ περισσότερα γενετικά τμήματα» λέει σχετικά.

Οι ερευνητές πλέον προσπαθούν να δημιουργήσουν αναλογικά κυκλώματα σε μη βακτηριακά κύτταρα. Επίσης, επεκτείνουν την «βιβλιοθήκη» των γενετικών τμημάτων που μπορούν να ενσωματωθούν στα κυκλώματα. Κατά τον Σαρπεσκάρ, η άνοδος της αποκαλούμενης «αναλογικής συνθετικής βιολογίας θα δημιουργήσει ένα νέο πλαίσιο θεμελιωδών και εφαρμοσμένων κυκλωμάτων που θα βελτιώσουν δραματικά τον έλεγχο της γονιδιακής έκφρασης, της διαχείρισης μορίων και των υπολογιστών.

Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από το MIT Lincoln Laboratory, το Office of Naval Research και το National Science Foundation.

Πηγή