Стэнфордские учёные создали компьютер внутри живой клетки

В XIX веке Чарльз Бэббидж, разрабатывая проект универсальной вычислительной машины, опирался на механические элементы. ЭНИАК, первая современная универсальная ЭВМ, созданная в середине 40-ых, была основана на особенностях работы вакуумных ламп. Сегодня компьютеры используют транзисторы на основе полупроводниковых элементов для проведения логических операций.

Команда биоинженеров Стэнфордском университете в свою очередь создала логический элемент из генетического материала, который получил название биологический транзистор или транскриптор. Об этом они сообщили в журнале Science 28 марта этого года.

В публикации исследователи описали систему генетических транзисторов, которая может быть помещена в живую клетку и быть включена или отключена при определенных условиях. Авторы исследования высказывают надежду, что со временем такие группы транзисторов могут стать микроскопическими живыми компьютерами. Компьютеры такого рода могут выполнять разнообразные задачи, к примеру, определять наличие определенного токсина в клетке, считать количество делений раковой клетки или предоставлять детальную и точную информацию о взаимодейтсвии препарата на какой-либо вид клеток.

Дрю Энди надеется, что в будущем будет возможным помещать миниатюрные компьютеры в любую живую клетку, однако замечает, что речи о замене кремниевой микроэлектроники не идёт. Не произойдёт замены начинки телефонов или ноутбуков, но компьютеры будут работать там, где кремний никогда не смог бы.

Команда продемонстрировала работу на бактерии E. Coli, что весьма типично для генетических исследований. «Транскрипторы» используют особые ферменты для контроля потока полимеразы РНК вдоль цепочек ДНК подобно тому, как миллионы кремниевых транзисторов в компьютерах управляют потоком электронов. Выбор ферментов транскрипторов — трудоёмкая и важная задача, поскольку они должны быть работоспособны в бактериях, грибках и животных клетках.

Подобно обычному кремниевому транзистору, транскрипторы позволяют маленькому току управлять поведением большего. Малое изменение активности фермента (затвор транскриптора) приведет к большому изменению связанных генов (канал). Комбинируя транскрипторы, исследователи создали полный набор элементов булевой логики — биологические эквиваленты И, И-НЕ, ИЛИ, исключающего ИЛИ и исключающего НЕ-ИЛИ. С набором таких элементов биологический компьютер сможет выполнять вычисления внутри клетки.

Для проведения вычислений, тем не менее, требуется устройство для хранения данных, и такие эксперименты уже проводились.

Не следует ожидать быстрого появления производительных биологических компьютеров, но с помощью биологических компьютеров вполне возможны запись событий и наблюдение за окружающей средой или новые типы лекарств. В надежде на развие технологии биологических вычислений исследователи из Стэнфорда передали дизайн логических элементов в общественное достояние.

По материалам сайтов ExtremeTech и Стэнфордской школы медицины.