Revoluce v technologiích: Vědci vytvořili biopočítač z bakterií, který umí řešit matematické problémy
Foto: vinkfan / Depositphotos
Biopočítače přestavují inovativní technologií využívající buněčné procesy k provádění složitých výpočtů a operací. Vědci neustále objevují nové a nové způsoby využití tohoto revolučního konceptu.
Výzkumný tým z indického Sahova institutu jaderné fyziky (SINP) nedávno dokázal postavit jeden takový biopočítač. Zařízení tvořilo celkem 14 modifikovaných bakteriálních buněk, z nichž každá fungovala jako modulární a konfigurovatelný systém. Celou konstrukcí připomínal počítač stavebnici LEGO – jednotlivé dílky skládačky je možné dle libosti kombinovat, a vytvořit z nich struktury řešící různé druhy úloh. Vědci tak prokázali, kombinováním a přiřazováním vhodných modulů dokázal výsledný mnohobuněčný systém vyřešit celkem devět výpočetních rozhodovacích problémů typu ANO/NE a jeden optimalizační problém.
Tím však schopnosti biopočítače zdaleka nekončí. Buněčný systém popsaný v časopise Nature Chemical Biology totiž dokáže například identifikovat prvočísla, ověřit, zda je dané písmeno samohláska, či dokonce určit maximální počet kousků pizzy nebo koláče získaných určitým počtem rovných řezů.
Buňky jsou samy o sobě také počítačovými jednotkami
Živé buňky v podstatě používají k provádění biologických úkolů výpočetní operace. Stačí si představit imunitní systém člověka, který v případě infekce mobilizuje celou řadu obranných nástrojů našeho těla. Pokud tyto mechanismy izolujeme a aplikujeme je na jiné druhy rozhodování, otevřou se nám nové možnosti výpočetní techniky a syntetické biologie. Propojení těchto dvou oborů pak vyústilo právě v rozmach biopočítačů, jejichž základní strukturu tvoří propojené živé buňky, které podobně jako polovodičové obvody řeší nejrůznější druhy hádanek a matematických úloh.
Bakterie jsou v tomto ohledu ideálním pokusným králíkem. Jednobuněčné organismy o velikosti sotva pár mikrometrů, navíc s obdivuhodnou rychlostí replikace, schopností přežít v extrémních podmínkách a vyžadující pouze minimum energie k životu – jen těžko si lze představit vhodnější stavební materiál pro biologický počítač. Ve výše uvedené studii plnila tuto úlohu bakterie E. coli, jelikož jde o jeden z nejdostupnějších a nejlépe prozkoumaných mikroorganismů.
Vědci před buněčné linie předkládali sérii úkolů ve formě binárních systémů, přičemž bakterie na ně odpovídaly chemickými změnami prostřednictvím fluorescenčních barviv. Neuronová síť se po vyhodnocení rozsvítila zeleně nebo červeně. Na otázku, zda je trojka prvočíslo, bakterie svítily zeleně (ano), u čísla čtyři naopak červeně (ne).
Jak lze bakteriální biopočítače využít?
Systémy jako je tento otevírají nové obzory v oblasti počítačových technologií mikrosvěta. Biopočítače mohou najít využití například v medicíně, materiálových vědách i v kosmické technice. Autoři práce věří, že by sestavením podobných struktur mohlo být možné tyto buňky dopravit do lidského těla a pomoci mu bojovat s některými typy nemocí, které nemohou být léčeny konvenčními způsoby. Toto odvětví vědy však musí od práce s jedničkami a nulami ujít ještě značný kus cesty.