Komputer z białek już działa

Międzynarodowy zespół naukowców skonstruował pierwszy działający biologiczny komputer. Jest energooszczędny i potrafi wykonywać wiele operacji jednocześnie.

Rozumny rum

Pomysł na biologiczny komputer narodził się podczas rozmowy dwóch naukowców, ojca i syna. Pierwszy to Dan Nicolau, drugi to Dan Nicolau Jr. Ojciec jest bioinżynierem, syn matematykiem. Obaj pracują na Uniwersytecie McGill w Kanadzie. – Doskonale się uzupełniamy – twierdzi Dan Nicolau ojciec. – On niewiele wie o inżynierii, mnie za to brak rozległej wiedzy matematycznej.

– Wszystko zaczęło się od konsumpcji zbyt dużej ilości rumu – opowiada Nicolau ojciec – i bardzo ciekawej rozmowy, którą wtedy odbyliśmy. Zostały po niej rysunki przedstawiające coś w rodzaju robaków wędrujących plątaniną kanałów.

Kanadyjscy naukowcy nie potraktowali swojego pomysłu jak bezsensownego wytworu alkoholowej fantazji. Zamiast wyrzucić szkice do kosza, skontaktowali się ze swoimi kolegami ze Szwecji, Niemiec i Holandii, by zorganizować międzynarodowy zespół, który urzeczywistni zesłaną przez rum wizję. Po siedmiu latach prac pierwszy w historii biokomputer był gotowy.

Biologiczny procesor ma około 1,5 cm kw. powierzchni. Ale jeśli mu się przyjrzeć pod mikroskopem, okazuje się czymś w rodzaju zminiaturyzowanego miasta, po którego ulicach wędrują w różnych kierunkach cząsteczki różnej wielkości. – Udało nam się stworzyć bardzo skomplikowaną sieć na bardzo niewielkiej powierzchni – mówi Dan Nicolau ojciec.

Ruch jak w mieście

Pierwszy egzemplarz nie jest zbyt wszechstronny, potrafi rozwiązywać tylko jedno zadanie, nazywane przez matematyków problemem sumy podzbioru. Chodzi w nim o to, żeby sprawdzić, czy w danym zbiorze liczb istnieje podzbiór, w którym suma liczb wynosi zero. Wydawać się to może wyzwaniem dziwacznym i abstrakcyjnym, ale jest to typowy problem dla obliczeń kryptograficznych.

Przewaga biologicznego chipa nad tradycyjnym mikroprocesorem jest taka, że potrafi on wykonywać wiele zadań jednocześnie: w przypadku przytoczonego wyżej problemu sprawdzi wiele podzbiorów w tym samym czasie.

Taka wielozadaniowość jest w wielu dziedzinach bardzo pożądana, na przykład przy konstruowaniu modeli klimatycznych uwzględniających bardzo wiele zmiennych. Albo przy tworzeniu modeli połączeń neuronalnych w mózgu.

W elektronicznych superkomputerach wielozadaniowość osiąga się, mnożąc liczbę mikroprocesorów (najsilniejsze maszyny mają ich po kilkaset tysięcy albo i kilka milionów). W biokomputerze już jeden procesor ma wbudowaną tę podzielność uwagi.

Maszynę opisuje czasopismo „Proceedings of National Academy of Sciences". Do budowy biokomputera wykorzystano białka rozpowszechnione w świecie ożywionym. O ile zwykłe komputery napędzane są przez prąd elektryczny, o tyle biokomputer wykorzystuje do tego celu białko ATP (adenozynotrójfosforan), które jest standardową formą, w jakiej organizmy gromadzą i przesyłają energię – taką energetyczną walutą przyrody.

Kolejnym wykorzystanym związkiem jest miozyna, ruchliwe białko występujące w mięśniach. Wreszcie trzecim elementem są różne rodzaje włókien białkowych.