Żywy komputer

Czy świat zer i jedynek można przełożyć na procesy biologiczne? Naukowcy opracowali sposób zapisywania i przetwarzania danych w komórkach

Publikacja: 03.04.2013 23:46

Komputer to trochę krzemu opakowanego w plastik. Działa po podłączeniu do prądu. Prawda? Niekoniecznie. Obliczenia można też wykonać dzięki żywym organizmom – przekonują specjaliści z Uniwersytetu Stanforda. Nie są do tego potrzebne żadne mechanizmy i elektroniczne układy. Zamiast nich można skorzystać z nici DNA i RNA oraz białek produkowanych przez komórki. Po co?

Niektóre problemy można z ich pomocą rozwiązywać szybciej. Mogą też posłużyć do budowania czujników medycznych i nowych lekarstw.

– Biologiczne komputery będą wykorzystywane do badania i programowania żywych organizmów, monitorowania środowiska czy tworzenia nowych terapii – tłumaczy prof. Drew Endy, bioinżynier z Uniwersytetu Stanforda.

Białka jak elektrony

Zespół prof. Endy'ego przedstawił właśnie biologiczny tranzystor – podstawowy element służący do zbudowania bramek logicznych, a później – całych układów do przetwarzania danych. Transkryptor – bo tak nazwano biotranzystor – opiera się na działaniu polimerazy RNA – enzymu pozwalającego budować nić RNA na podstawie zapisu DNA.

– Transkryptor jest kluczowy dla logiki genetycznej, tak jak tranzystor w konwencjonalnej elektronice – tłumaczy dr Jerome Bonnet, który opisuje prace zespołu w prestiżowym „Science".

Dzięki transkryptorom zespół z Uniwersytetu Stanforda zbudował bramki logiczne umożliwiające wykonanie prostych operacji zerojedynkowych. Na przykład bramka AND daje wynik „1", gdy na wejściu otrzyma tylko „jedynki". Dla każdej innej kombinacji zer i jedynek rezultatem będzie „0".

Podobnie jak w elektronice, siłą układu biologicznego jest połączenie różnych bramek logicznych w całość. Dopiero to pozwala na prowadzenie obliczeń – przetwarzanie danych.

W przypadku komputera biologicznego może to oznaczać zatrzymanie cyklu życiowego komórki, gdy pojawią się określone zewnętrzne czynniki. Albo przesłanie chemicznego sygnału dalej – do kolejnych „komórkowych komputerów". Taki system już powstał, naukowcy nazywają go wręcz „komórkowym Internetem".

– Można na przykład przetestować, czy dana komórka została poddana działaniu jakiejś substancji, powiedzmy glukozy lub kofeiny – mówi dr Bonnet. – Biologiczne bramki logiczne pozwalają taką informację zidentyfikować i zapisać w pamięci.

Śluzorośl liczy

Tak, zapisać w pamięci, bo ci sami naukowcy znaleźli już sposób na przechowywanie informacji wewnątrz komórek. Inaczej mówiąc, potrafią wielokrotnie zapisywać i odczytywać dane w DNA.

Pojemność takiej pamięci przyprawia o zawrót głowy. Ważąca miligram cząsteczka może przechowywać zawartość wszystkich książek w całej Bibliotece Kongresu Stanów Zjednoczonych. Dziś Biblioteka zajmuje trzy budynki, a na ponad 800 km półek przechowuje się 140 mln dokumentów.

– Potencjalne zastosowania tej technologii są ograniczone tylko wyobraźnią inżynierów – zapewnia dr Monica Ortiz z Uniwersytetu Stanforda, która opracowała międzykomórkowy system komunikacji.

Nieograniczoną wyobraźnię ma z pewnością prof. Andy Adamatzky, szef Centrum Niekonwencjonalnych Komputerów University of the West of England. Naukowiec do rozwiązywania problemów wykorzystuje ciekłe kryształy, związki chemiczne, jak również żywe organizmy.

Jego dziełem jest „komputer" wykonany ze... śluzorośli (prymitywnych organizmów podobnych do grzybów i pierwotniaków). Jak się okazuje, pełzająca śluźnia rozwiązuje problem projektowania najbardziej wydajnej sieci dróg i połączeń kolejowych. Może też „komponować" utwory muzyczne i sterować robotami.

Inny pomysł tego naukowca to komputer bazujący na reakcjach chemicznych. Ta maszyna potrafi rozwiązać pozornie tylko banalny problem znalezienia najkrótszej drogi łączącej zadane punkty (tzw. problem komiwojażera).

Science fiction? Przetwarzanie danych nie jest na zawsze związane z krzemowymi układami scalonymi – twierdzą naukowcy. W końcu, kiedy Charles Babbage w XIX w. projektował swoją maszynę analityczną – pierwowzór dzisiejszych komputerów – miała ona być całkowicie mechaniczna, w dodatku zasilana silnikiem parowym. Dziś mamy krzem. A jutro?

masz pytanie, wyślij e-mail do autora, p.koscielniak@rp.pl

Komputer to trochę krzemu opakowanego w plastik. Działa po podłączeniu do prądu. Prawda? Niekoniecznie. Obliczenia można też wykonać dzięki żywym organizmom – przekonują specjaliści z Uniwersytetu Stanforda. Nie są do tego potrzebne żadne mechanizmy i elektroniczne układy. Zamiast nich można skorzystać z nici DNA i RNA oraz białek produkowanych przez komórki. Po co?

Niektóre problemy można z ich pomocą rozwiązywać szybciej. Mogą też posłużyć do budowania czujników medycznych i nowych lekarstw.

Pozostało 87% artykułu
Materiał Promocyjny
Kod Innowacji - ruszył konkurs dla firm stawiających na nowe technologie w komunikacji z konsumentami
https://track.adform.net/adfserve/?bn=77855207;1x1inv=1;srctype=3;gdpr=${gdpr};gdpr_consent=${gdpr_consent_50};ord=[timestamp]
Materiał Promocyjny
Polska na czele rewolucji technologii kwantowych
Nowe technologie
Niewykrywalny bombowiec strategiczny Sił Powietrznych USA odbył pierwszy lot
Nowe technologie
Co mówią kury? Naukowcy opracowali tłumacza, użyli sztucznej inteligencji
Materiał Promocyjny
Bank Pekao wchodzi w świat gamingu ze swoją planszą w Fortnite
Nowe technologie
Prof. Zybertowicz: AI może potraktować ludzkość jak budowniczy autostrad traktują mrowiska