Швейцарцы создали биологическое арифметическое устройство

Клетка живого организма — это удивительный и чрезвычайно сложный микроскопический объект, который может сам заботиться о себе. Но клетка — это не та вещь, которую можно назвать умной.

Но в будущем все может измениться благодаря тому, что ученым удалось сделать клетки, которые способны на биохимическом уровне выполнять логические и несложные арифметические операции. Такая новая функция клеток может стать основой для создания в будущем живых имплантируемых органов или их частей, которые смогут действовать как компьютер, выполняя заложенную в них программу.

Ученые из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе (ETH Zurich), взяв образцы эмбриональных клеток почечных тканей, внедрили в них биологические версии цифровых логических цепей и элементов. Каждая модифицированная клетка становилась логическим суммирующими или вычитающим устройством, способным работать с двоичными числами, закодированными в виде биохимической информации.

Группа биоинженеров, возглавляемая Мартином Фассенеггером (Martin Fussenegger), создали молекулярные логические элементы, используя в качестве элементов биологических транзисторов молекулы флоретина, белкового фермента, активирующего нервные клетки, и молекулы эритомицина, лекарственного препарата антибиотического действия. Оба эти вещества работают как биологические транзисторы разной проводимости.

Из молекул вышеупомянутых веществ ученые формировали сложные логические цепи, аналоги самых основных логических элементов, И, ИЛИ и НЕ. На вход элементов подавался сигнал логической 1 или 0, закодированный биохимическим путем, а на выходе элемента в качестве результатов вычислений формировался флуоресцентный белок, окрашивающий клетку в зеленый или красный цвет. Если на всех входах биологического логического элемента не присутствует никаких сигналов, вычисления не производится и клетка не окрашивается ни в один из цветов.

Самым интересным в данной разработке является тот факт, что протекающие в клетке реакции-вычисления никаким образом не влияют на процесс жизнедеятельности самой клетки, благодаря чему «вычислительные» клетки могут благополучно жить в живом организме, выполняя и их основную функцию и вычислительные операции. Единственная проблема, которая существует в данном случае — это то, что результат вычислений, сделанный одной клеткой, не может использоваться в качестве входного сигнала для логических цепей другой клетки. Но ученые уже начали работать в направлении обеспечения совместимости входных и выходных сигналов, и если это им удастся, то станет возможным создание больших биологических вычислительных систем, сравнимых по сложности с микропроцессорами современных компьютеров.

Несмотря на то, что в мире уже имеются различные варианты биологических вычислительных цепей и систем, фактически, «умные» клетки, созданные учеными ETH Zurich, являются самыми сложными на сегодняшний день биологическими логическими цепями. Помимо этого, такие клетки могут быть изготовлены практически из клеток любого вида тканей, взяты прямо у самого пациента, что решает проблему отторжения имплантируемых биологических «компьютеров», которые смогут сами диагностировать болезни, вводить лекарственные препараты и обеспечивать интерфейс между живым организмом и другими электронными устройствами.

www