Живые клетки научились выполнять логические и арифметические операции

Клетка живого организма - это удивительный и чрезвычайно сложный микроскопический объект, который может сам заботиться о себе. Но клетка - это не та вещь, которую можно назвать умной. Но в будущем все может измениться благодаря тому, что ученым удалось сделать клетки, которые способны на биохимическом уровне выполнять логические и несложные арифметические операции. Такая новая функция клеток может стать основой для создания в будущем живых имплантируемых органов или их частей, которые смогут действовать как компьютер, выполняя заложенную в них программу.

Ученые из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе (ETH Zurich), взяв образцы эмбриональных клеток почечных тканей, внедрили в них биологические версии цифровых логических цепей и элементов. Каждая модифицированная клетка становилась логическим суммирующими или вычитающим устройством, способным работать с двоичными числами, закодированными в виде биохимической информации.

Группа биоинженеров, возглавляемая Мартином Фассенеггером (Martin Fussenegger), создали молекулярные логические элементы, используя в качестве элементов биологических транзисторов молекулы флоретина, белкового фермента, активирующего нервные клетки, и молекулы эритомицина, лекарственного препарата антибиотического действия. Оба эти вещества работают как биологические транзисторы разной проводимости.Из молекул вышеупомянутых веществ ученые формировали сложные логические цепи, аналоги самых основных логических элементов, И, ИЛИ и НЕ. На вход элементов подавался сигнал логической 1 или 0, закодированный биохимическим путем, а на выходе элемента в качестве результатов вычислений формировался флуоресцентный белок, окрашивающий клетку в зеленый или красный цвет. Если на всех входах биологического логического элемента не присутствует никаких сигналов, вычисления не производится и клетка не окрашивается ни в один из цветов.

Самым интересным в данной разработке является тот факт, что протекающие в клетке реакции-вычисления никаким образом не влияют на процесс жизнедеятельности самой клетки, благодаря чему "вычислительные" клетки могут благополучно жить в живом организме, выполняя и их основную функцию и вычислительные операции. Единственная проблема, которая существует в данном случае - это то, что результат вычислений, сделанный одной клеткой, не может использоваться в качестве входного сигнала для логических цепей другой клетки. Но ученые уже начали работать в направлении обеспечения совместимости входных и выходных сигналов, и если это им удастся, то станет возможным создание больших биологических вычислительных систем, сравнимых по сложности с микропроцессорами современных компьютеров.

Несмотря на то, что в мире уже имеются различные варианты биологических вычислительных цепей и систем, фактически, "умные" клетки, созданные учеными ETH Zurich, являются самыми сложными на сегодняшний день биологическими логическими цепями. Помимо этого, такие клетки могут быть изготовлены практически из клеток любого вида тканей, взяты прямо у самого пациента, что решает проблему отторжения имплантируемых биологических "компьютеров", которые смогут сами диагностировать болезни, вводить лекарственные препараты и обеспечивать интерфейс между живым организмом и другими электронными устройствами.

Источник: Источник