Група біоінженерів з Массачусетського технологічного інституту створила "аналогові калькулятори" на основі живих одноклітинних організмів. Вносячи зміни в генофонд бактерій, дослідники створили схеми, які здатні виконувати різні обчислення, включаючи множення, ділення, вирахування логарифмів та добування квадратного кореня, набагато ефективніше, ніж існуючі на сьогоднішній день біокомп’ютери.
Використовуючи аналогові обчислювальні схеми, які ґрунтуються на природних біохімічних функціях живих клітин, вченим вдалося досягти реалізації точніших обчислень, ніж ти, які можна досягти за допомогою дискретної логіки. Як відомо, цифрові схеми працюють з інформацією, закодованою у вигляді послідовності нулів та одиниць, а аналогові можуть працювати з неперервним потоком даних, враховуючи проміжні значення.
«На відміну від цифрових, аналогові методи обчислень досить швидкі і ефективні», - стверджує Рехул Сарпешкер, один з вчених, що бере участь в дослідженнях. «А створення аналогів цифрових схем всередині живих клітин потребувало б глибшого і ширшого генетичного втручання, що могло б призвести до повної втрати життєздатності піддослідних мікроорганізмів».
Штучні цифрові схеми, які добувають квадратні корені, складаються як мінімум зі 100 логічних елементів, тоді як аналогова схема, створена спеціалістами Массачусетського технологічного інституту, складається лише з двох частин. Для створення схем, здатних ділити та множити, вчені об’єднали два ланцюжки генів зеленого флуоресцентного білка (GFP). Один з ланцюжків використовує моносахарид, що називається арабінозою, а другий – особливий вид «сигнальних» молекул, названих AHL. Концентрація цих речовин застосовується як вихідні дані, а результатом обчислень є сумарна концентрація виробленого білка GFP. На жаль, у такого біохімічного комп’ютера існують обмеження, пов’язані з діапазоном значень вхідних сигналів і отриманих результатів. Сьогодні вони становлять від 0 до 10000 одиниць.
Кінцевою метою даних досліджень є створення аналогових обчислювальних ланцюжків не лише в клітинах мікроорганізмів, а й в клітинах складніших і більших організмів, включно з ссавцями. Крім цього, група дослідників постійно працює над створенням нових генних ланцюжків і обчислювальних елементів, що дають змогу реалізувати складніші обчислювальні функції. «Щойно ми завершили дослідження того, що можуть зробити в живих клітинах складні ланцюги зворотних зв’язків», - стверджує Рахул Сарпешкер. «Такі функції в майбутньому використовуватимуться для діагностики стану організму та лікування деяких захворювань».
29.05.2013