حاسوب الحمض النووي يضع الميكروبات لتعمل كمحطم للأرقام
حاسوب الحمض النووي يضع الميكروبات لتعمل كمحطم للأرقام

فيديو: حاسوب الحمض النووي يضع الميكروبات لتعمل كمحطم للأرقام

Отличия серверных жестких дисков от десктопных
فيديو: التحسس من الحمض النووي DNA 2023, شهر فبراير
Anonim

تظهر الدراسة أنه يمكن تسخير المادة الوراثية في البكتيريا لحل مشاكل الرياضيات المعقدة.

إنها ليست آلة إلكترونية عادية تعتمد على السيليكون ، لكن العلماء صنعوا جهاز كمبيوتر من قطعة دائرية صغيرة من الحمض النووي ، ثم أدخلوه في خلية بكتيرية حية وأطلقوا العنان للميكروب لحل مشكلة الفرز الرياضي.

تقول كارميلا هاينز ، عالمة الأحياء في كلية ديفيدسون في نورث كارولينا والمؤلفة المشاركة لدراسة جديدة ظهرت في مجلة الهندسة البيولوجية: "الكمبيوتر هو أي نظام يمكنه قراءة بعض المدخلات وإعطاء بعض المخرجات القابلة للقراءة". بحثت هاينز وفريقها في تسخير قوة إعادة تركيب الحمض النووي لحل ما يسمى بـ "مشكلة الفطيرة المحترقة": لغز حول كيفية تكديس الفطائر ذات الأحجام المختلفة التي يتم حرقها من جانب وطهيها تمامًا على الجانب الآخر باستخدام أقل عدد من التقلبات لترتيبها بحيث يكون الأكبر في الأسفل وكلها الجانب الذهبي للأعلى.

يقول توم ران ، طالب دراسات عليا في مختبر عالم الكمبيوتر إيهود شابيرو في معهد وايزمان في رحوفوت بإسرائيل: "هذا العمل هو أول عمل واجهته يستخدم الخلايا الحية من أجل حل مشكلة معينة في علوم الكمبيوتر".

من خلال إظهار أن الحمض النووي يعمل كجهاز كمبيوتر سيكون قادرًا على حل مشكلة الفطيرة المحترقة ، أوضحت هاينز وفريقها أنه إذا كان من الممكن توسيع نطاق نظامهم ، فيمكنه إصدار إجابات لمشاكل معقدة مثل أكثر الطرق الجوية كفاءة بين شيكاغو و سنغافورة أو أفضل طريقة لتوجيه المكالمات الهاتفية حول الألغاز الأمريكية التي واجهتها شركات مثل FedEx و AT&T لسنوات - في جزء بسيط من الوقت الذي تستغرقه أجهزة الكمبيوتر التقليدية. تصور الباحثون استخدام حواسيب الحمض النووي للعديد من التطبيقات الأخرى ، مثل طريقة لاكتشاف التغيرات في الأنظمة الحية مثل السرطان داخل الجسم أو انتشار الملوثات في بحيرة.

يقول لين أدلمان ، عالِم الجزيئات بجامعة جنوب كاليفورنيا: "قد تكون حواسيب الحمض النووي قادرة على إنجاز أشياء لا تستطيع الحواسيب الإلكترونية إنجازها". "على سبيل المثال ، من الصعب جدًا تصور وضع كمبيوتر إلكتروني قائم على السيليكون في خلية بكتيرية."

قام فريق من الباحثين من جامعة ديفيدسون وجامعة ولاية ميسوري الغربية في سانت جوزيف بإدخال قطعة دائرية قائمة بذاتها من الحمض النووي (تسمى البلازميد) في سلالة حميدة من البكتيريا المعوية أحادية الخلية Escherichia coli ، والتي يمكن أن تسبب بعض سلالات منها تسمم غذائي. قام الفريق بنمذجة مشكلة قلب بسيطة مكونة من اثنين من الفطائر باستخدام جزأين من الحمض النووي - أحدهما كبير والآخر قصير ، تم إدخالهما في الخلية بترتيب واتجاه عشوائي. أضاف العلماء أيضًا إنزيمًا من بكتيريا السالمونيلا قادرًا على قلب الأجزاء الجينية.

ستتطلب المقاطع عددًا معينًا من التقلبات في فترة زمنية معينة لوضعها في التكوين الصحيح. الوصول إلى الاتجاه الصحيح له مكافأة لكل جرثومة: مناعة من المضاد الحيوي ، التتراسيكلين. بعد فترة زمنية محددة ، تم تعريض أجهزة الكمبيوتر الصغيرة للمضادات الحيوية - فقط الأجهزة ذات الاتجاه الصحيح للقطاع نجت. من هذا ، يمكن للباحثين معرفة الخلايا التي حلت مشكلة التقليب بشكل صحيح ، لأن الخلايا التي لم تمت.

إن وعد حواسيب الحمض النووي في الخلايا يعيش في فرصة للمعالجة المتوازية: نظرًا لأن الخلايا حية وتتكاثر ، ونسخ شرائح البلازميد وإنزيم السالمونيلا إلى خلايا جديدة ، فإن عدد المعالجات الفردية التي تعمل على حل مشكلة ما يتضاعف باستمرار ، مما يسمح لها بالتكاثر بشكل مستمر. يشرح هاينز أن الوصول إلى حل أسرع من أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية القائمة على السيليكون.

في حين أن النسخة المكونة من قطعتين من مشكلة الفطائر المحترقة المستخدمة في الدراسة بسيطة نسبيًا ، يشير الباحثون إلى أنه بالنسبة لمجموعة مكونة من ستة فطائر ، فإن العدد المحتمل للمكدس هو 46 ، 080 ، و 12 ، ما يقرب من 2 تريليون. يقول هاينز: "إذا كان لديك 11 أو 12 فطيرة ، فإن الكمبيوتر التقليدي سيستغرق شيئًا في حدود الأشهر لحل المشكلة".

شعبية حسب الموضوع