Indyjscy naukowcy tworzą genetycznie zmodyfikowane bakterie zdolne do obliczeń matematycznych

Wysiłki inżynierii genetycznej w Instytucie Fizyki Jądrowej Saha (SINP) w Kalkucie doprowadziły niedawno do wytworzenia pewnego rodzaju bakterii, które potrafią wykonywać operacje matematyczne. Ten przełom pokazuje, że zmodyfikowane komórki bakteryjne potrafią dodawać, odejmować, a nawet identyfikować liczby pierwsze z zakresu od 0 do 9. Praca indyjskich badaczy sugeruje możliwą podstawę do stworzenia biokomputerów – urządzeń wykorzystujących żywe komórki do obliczeń. Badania te mogą przyspieszyć integrację systemów biologicznych w obrębie nauk obliczeniowych.

Ewolucja biokomputerów i nowe możliwości

Badanie było opublikowany w czasopiśmie Nature Chemical Biology. Od dwudziestu lat obserwujemy ciągły postęp w zakresie wykorzystania żywych komórek do celów obliczeniowych. Początkowo biologia syntetyczna umożliwiła naukowcom opracowanie komórkowych bramek logicznych dla podstawowych operacji, takich jak „AND”, „OR” i „NOT”, naśladując funkcje procesorów krzemowych, ale na znacznie prostszym poziomie. Dostosowując sieci genetyczne w organizmach takich jak E. coli i drożdże, badacze byli w stanie pobudzić komórki do dodawania i odejmowania. Jednakże operacje osiągnięte w tych wczesnych badaniach miały podstawowy zakres i nie odpowiadały jeszcze złożoności nowoczesnych procesorów cyfrowych.

Postępy w obliczeniach bakteryjnych dzięki zasadom sieci neuronowych

W swojej obecnej pracy naukowcy z projektu SINP zastosowali modele sztucznych sieci neuronowych do struktury genetycznej bakterii E. coli, integrując 14 unikalnych obwodów genetycznych, tworząc odrębne typy bakterii. Bakterie te umieszczono w kontrolowanym środowisku cieczy, gdzie mogły wykonywać obliczenia, w tym określać, czy liczby są pierwsze. Na przykład bakterie poddane działaniu określonych bodźców chemicznych sygnalizowały swoją reakcję wydzielając białka, które oznaczały „tak” na zielono i „nie” na czerwono. To zastosowanie bakterii do rozwiązywania bardziej abstrakcyjnych problemów, takich jak identyfikacja liczb pierwszych, jest nowością w informatyce biologicznej.

Implikacje dla przyszłych badań

Według Zdaniem Mohita Kumara Jolly’ego, adiunkta w Indyjskim Instytucie Nauki w Bangalore, badanie może dostarczyć wiedzy na temat zdolności komórek do podejmowania decyzji, procesu, który nie jest jeszcze w pełni poznany. Odkrycia otwierają nowe możliwości w badaniu przetwarzania informacji biologicznych i ujawniają niewykorzystany potencjał żywych komórek w zastosowaniach obliczeniowych. Ta praca badaczy z SINP może z powodzeniem przedefiniować zakres obliczeń, ujawniając potencjał bakterii jako biologicznego nośnika obliczeniowego.