سلول‌هایی که جمع و تفریق می‌کنند

پژوهشگران موسسه فدرال فناوری زوریخ در سوئیس، نوعی مدار دیجیتال ساده را درون دو دسته سلول جنینی موجود در کلیه ساختند که نیمی از آن، عمل جمع و نیم دیگر، عمل تفریق را روی دو عدد باینری (صفر و یک) انجام می‌دهد.

این پیچیده‌ترین نوع مدار زیستی است که تا به حال ساخته شده و می‌تواند اساس مدارهای محاسباتی بزرگ‌تر را تشکیل دهد.

در گذشته نیز چندین نوع مدار زیستی که می‌توانستند محاسبات ساده انجام دهند، ساخته شده بودند، ولی اکثر آنها از مولکول‌های دی.ان.ای یا باکتری ساخته می‌شدند و کاشت آنها در بدن با مشکل مواجه می‌شد.

برای این‌که بتوان از مدارهای محاسباتی در آینده در مقاصد درمانی بهره گرفت، این مدارها باید از سلول‌های موجود در بدن پستانداران ساخته شوند.

رایانه‌های معمولی برای تبدیل داده ها، از بود و نبود الکترون به ترتیب به عنوان یک و صفر استفاده می‌کنند.

سلول‌های مورد استفاده این پژوهشگران، از دو نوع مولکول طبیعی بهره می‌برد؛ اریترومایسین که نوعی آنتی‌بیوتیک است و فلورتین که ماده‌ای است در درخت سیب یافت می‌شود.

این مواد به‌عنوان ورودی عمل کرده و بود و نبودشان، سبب واکنشی منحصر به فرد بین دو نوع سلول می‌شود. این واکنش به ایجاد پروتئین با نور قرمز یا سبز منجر می‌شود که نشان‌دهنده نتیجه محاسبه خواهد بود. به عنوان مثال، در سلول‌های جمع‌کننده، وجود هر دو مولکول موجب درخشش نور قرمز خواهد شد.

این واکنش‌ها، در عملکرد طبیعی سلول‌ها اختلالی به وجود نمی‌آورد. در نتیجه، سلول‌ها قادر خواهند بود به زبان باینری رایانه‌ها محاسبه انجام دهند و در عین حال به فعالیت عادی خود بپردازند.

انعطاف این رایانه‌های زیستی، بیشتر از رایانه‌های الکترونیکی معمولی است، زیرا به جای مولکول ورودی و پروتئین خروجی مجموعه، می‌توان از سایر سیگنال‌های زیستی نیز استفاده کرد.

اما در رایانه‌های معمولی فقط از یک نوع سیگنال، یعنی الکترون، می‌توان بهره گرفت. به عنوان مثال، می‌توان رایانه زیستی را طوری طراحی کرد که سیگنال ناشی از یک عفونت را به عنوان ورودی دریافت کند و درمان مناسب را به عنوان خروجی ارائه دهد.

در این پژوهش، خروجی به شکل پروتئین‌هایی با نور قرمز و سبز است. یکی از کاربرد های احتمالی این نوع سیگنال در آینده این است که رنگ قرمز سبب درخشش چسب ویژه‌ای روی پوست شود و وجود عامل عفونت را اطلاع دهد. این رایانه‌های زیستی که داخل بدن قرار گرفته‌اند، می‌توانند با رایانه‌های معمولی دیگر در خارج از بدن ارتباط برقرار کنند.

پژوهشگران امیدوارند، حال که هر دو رایانه، از زبانی یکسان بهره می‌برند، با هم بخوبی ارتباط هم برقرار کنند.

هدف بعدی این تیم پژوهشی این است که بدانند تا چه حد می‌توان منطق تصمیم‌گیری را به این رایانه‌های زیستی افزود تا عملکردشان فقط محدود به پاسخگویی ساده به ورودی نباشد.

هنوز مشخص نیست این نوآوری در ابعاد بزرگ‌تر تا چه حد جواب خواهد داد، زیرا خروجی یک سلول نمی‌تواند به عنوان ورودی سلول دیگر به کار گرفته شود بنابراین چالش پیش روی پژوهشگران این خواهد بود که مشکل ارتباط این قطعات محاسبه‌گر با هم را حل کنند.(جام جم – ضمیمه سیب)