Ako živé bunky zmenia svet spracovania údajov

V budúcnosti budú bakteriálne kolónie schopné vykonávať pokročilé výpočty. (Zdroj obrázka: ShutterStock)

Pojmy a významy slov sa v priebehu času menia a prispôsobujú sa realite spoločenstiev, v ktorých sú zamestnané. Dobrým príkladom je slovo „plat“, ktoré predtým odkazovalo na výplatu platov ponúkanú vojakom Rímskej ríše. Dnes je soľ súčasťou malého množstva nášho mesačného príjmu.

Slovo „počítač“ sa nelíši. Ak to dnes vidíme ako synonymum notebookov a stolových počítačov, veda to môže interpretovať oveľa širšie ako akýkoľvek mechanizmus, ktorý dokáže prijímať a spracovávať údaje alebo vykonávať výpočty. Teraz niektorí vedci pracujú v oblasti známej ako biocomputing, tj spôsoby, ako rozšíriť počítačový svet o bunky, zvieratá a iné živé organizmy, aby sa chovali ako čipy.

V súčasnosti existuje v tejto oblasti viac teórie než praktického pokroku, ale v budúcnosti by sa tieto počítače s pomocou nanobiotechnológie mohli používať napríklad v inteligentných liekoch, ktoré by liečili svojho hostiteľa iba za určitých podmienok. Hneď ako sa zistí choroba, mohli by ste urobiť niečo ako poslať deštrukčnú sekvenciu do bunky.

A pokiaľ sme z tohto scenára, v oblasti biopočítača stále existuje veľa zaujímavých skúseností.

Logické dvere z krabov

Jeden z najzajímavejších experimentov v tomto ohľade vykonali vedci na Kobe University, keď používali určitý druh krabov na simuláciu najzákladnejších logických obvodov počítača: AND a OR.

Krab vojaka je možné použiť v počítačových systémoch (Zdroj obrázku: Wikipedia)

V experimente boli tieto kraby, ktoré sa obvykle zhlukujú, uvoľnené do labyrintov geometricky navrhnutých tak, aby fungovali, akoby išlo o ich vlastné logické obvody, zatiaľ čo kôrovce zase zohrávali úlohu elektrónov alebo bitov, simulujúce 1 alebo Čo by sa odovzdalo ako vstup do systému.

Je zaujímavé, že všetko fungovalo podľa plánu, napriek určitým nezrovnalostiam, ktoré podľa vedcov dokážu vyriešiť. Publikovaný článok (PDF) podrobne opisuje experiment. Aj keď je to málo užitočné - koniec koncov, kto chce postaviť počítač s kraby? - experiment je napriek tomu zvedavý.

Vymeňte svoj GPS za nejakú pleseň

Počítačový vedec Selim Akl z Queens University v Kanade objavil niečo veľmi dôležité: Špecifický typ živého organizmu známeho ako slizovka sa špecializuje na nájdenie najkratšieho spôsobu, ako sa dostať k jedlu.

Na preukázanie tejto teórie Akl použil mapu Kanady s niektorým ovosom nad hlavnými miestami ľudovej osídlenia a v meste Toronto s nejakou slizovkou. Agentúra potom rástla smerom k jedlu spôsobom, ktorý simuloval kanadskú cestnú sieť.

A to nie je všetko: experiment bol celosvetovo obnovený niekoľkokrát, s podobnými výsledkami pre regióny, ako sú Spojené štáty, Spojené kráľovstvo a Japonsko.

Pre tých, ktorí pochybujú o mobilite tohto organizmu, ktorý nemá oči ani mozog, stačí sledovať video vyššie a vidieť, ako rieši bludisko. Prostredníctvom slizovej formy by sme sa napríklad mohli naučiť, ako vypočítať najlepšiu trasu do cieľa s čo najmenším množstvom energie. Schopnosť hlienovej plesne sa tiež využíva na rozvoj účinnejších sietí a obvodov.

Dobré bunky účtu

Aj keď predchádzajúce experimenty sú zaujímavé, nemôžete poprieť, že sú trochu rudimentárne. V apríli tohto roku však švajčiarski vedci pod vedením profesora Martina Fusseneggera naprogramovali ľudské bunky tak, aby vykonávali binárne sčítania a odčítania. To je v podstate spôsob, akým počítače vykonávajú matematické operácie na svojej najzákladnejšej úrovni.

Vstupné údaje použité v tomto experimente sú celkom zvláštne: látka získaná z jablka, známa ako floretín a schopná aktivovať nervové vlákna, a erytromycín, ktorý sa široko používa ako antibiotikum. V biokomputačnom systéme sú tieto látky vstupnými údajmi, ktoré bunka spracuje.

Bunky boli naprogramované tak, aby vykonávali binárne sčítania a odčítania (zdroj obrázka: ETH Life)

Operácia emulovaná bunkou je operáciou logického operátora AND, tj musia byť prítomné údaje - jablková látka aj antibiotikum -, aby bol výsledok 1 (pravda). V tomto prípade bunka vyžaruje fluorescenčnú žiaru. Ak jedna z látok chýba, nič sa nestane, tj konečný výsledok je 0 (nepravdivý).

V budúcnosti môže mať táto technika niekoľko aplikácií. Podľa profesora Fusseneggera sa tieto bunky mohli použiť na monitorovanie metabolizmu pacienta. Napríklad u osoby s cukrovkou by tieto malé „kalkulačky“ mohli mať obvod, ktorý dokáže rozpoznať určité reakcie spôsobené ochorením, a tým uvoľňovať terapeutické látky s inzulínom.

Táto etapa však ešte zďaleka nie je dosiahnutá. My, obyčajní smrteľníci, môžeme čakať len na správy, ktoré vedecké médiá uverejnia o niekoľko rokov.