Бактерии-калькуляторы
Ученые-биоинженеры, работающие в Массачусетском технологическом институте, создали «аналоговые калькуляторы», основой для которых послужили живые одноклеточные организмы. Статья, опубликованная в онлайн-издании Nature, гласит, что ученые меняли генофонд бактерии, что в конце привело к созданию схемы, которая способна выполнять различные операции, например, деление, умножение, вычисление логарифмов и извлечение квадратных корней. При чем эти действия бактерия выполняет эффективнее многих существующих на сегодняшний день биологических компьютеров.
Ученые использовали «аналоговые» вычислительные схемы, которые основаны на естественных биохимических функциях живых клеток. Такое решение позволило экспериментаторам добиться более точных результатов вычислений, чем при использовании цифровой дискретной логики. Известный факт, что цифровые схемы работают только с информацией, которая закодирована в виде последовательного набора нулей и единиц, а вот аналоговые схемы способны обрабатывать непрерывный поток данных, в том числе и промежуточные значения.
Рэхул Сарпешкэр, один из ученых, принимавший участие в этих исследованиях, заявил, что аналоговые методы отличаются от цифровых своей точностью и эффективностью. По его словам, попытка создания аналогов цифровых схем внутри живых клеток потребовала бы более глубокого и обширного генетического вмешательства, что в итоге могло привести к полной нежизнеспособности используемых микроорганизмов.
Есть и еще ряд различий между ними. Например, в искусственных цифровых схемах, которые способны извлекать квадратные корни, насчитывается более 100 логических элементов, а вот в аналоговых схемах, которые создали ученые из МТИ, только две части. Чтобы создать схему, которая будет способна делить и умножать, ученые объединили две цепочки, которые используют гены для производства зеленого флуоресцентного белка. Одна из них использует моносахарид, который называют арабинозой, вторая же — особый вид «сигнальных» молекул, именуемых AHL. Исходные данные в таких вычислениях – концентрация этих веществ, а результат вычислений – суммарная концентрация произведенного белка GFP. Но такой биохимический компьютер имеет ограничения, связанные с диапазоном значений входных сигналов и получаемых результатов.
