ساخت کامپیوترهای دوهستهای درون سلولهای انسانی
پژوهشگران بهکمک شکل اصلاحگردیده از تکنیک ویرایش ژن کریسپر موفقیتی تازه در ساخت کامپیوترهای زیستی بهدست آوردهاند. سیستم ویرایش ژن کریسپر معمولا ازنظر کمک به درمان بیماریهای ژنتیکی معروف است؛ ولی این تکنولوژی کاربردهای وسیعی در شاخهی زیستشناسی مصنوعی نیز دارد. بهتازگی، پژوهشگرانی از دانشگاه ETH زوریخ از تکنیک کریسپر برای ساخت کامپیوترهای زیستی عملکردی درون سلولهای انسانی استفاده کردهاند.
همانقدرکه کامپیوترهای مدرن قدرتمند هستند، طبیعت نیز ما را به بهترین نحو مهندسی کرده است، موجودات زنده را نیز میتوان همچون کامپیوتر در نظر گرفت. سلولهای آنها مانند دروازههای منطقی عمل میکنند، ورودیها را از جهان خارج میگیرند، آنها را پردازش میکنند و با فرآیندهای متابولیکی خاصی دربرابر آنها پاسخ میدهند. مارتین فوسنگر، یکی از پژوهشگران این مطالعه میگوید:
بدن انسان کامپیوتر بزرگی است که از زمانهای بسیار قدیم، متابولیسم آن متکی به قدرت محاسباتی تریلیونها سلول بوده است. برخلاف ابرکامپیوتر فنی، این کامپیوتر بزرگ برای تأمین انرژی خود فقط به تکهای نان نیاز دارد.
بهرهبرداری از این فرآیندهای طبیعی برای ساخت مدارهای منطقی یکی از اهداف مهم زیستشناسی مصنوعی است. برای رسیدن به این هدف، پژوهشگران با استفاده از فرم اصلاحگردیده از ابزار کریسپر، راهی برای جاسازی پردازندههای دوهستهای درون سلولهای انسانی پیدا کردند.
معمولا این سیستم از توالیهای راهنمایی از نوع RNA برای هدفقراردادن قطعات خاصی از DNA در ژنوم استفاده و سپس، ژنوم را به دقت ویرایش میکند. باوجوداین برای پروژه فوق، پژوهشگران نسخهی خاصی از آنزیم Cas9 را ایجاد کردند که میتواند بهعنوان پردازنده عمل کند. این Cas9 خاص RNA راهنما را بهعنوان اطلاعات ورودی میخواند و در پاسخ موجب بیان ژنهای خاصی میگردد. این کار باعث تولید پروتئینهای خاصی بهعنوان خروجی میگردد. این پردازندهها مانند نیمجمعکنندههای دیجیتال عمل میکنند. آنها میتوانند دو ورودی را مقایسه یا دو عدد دودویی را جمع کنند و دو خروجی تحویل دهند.
پژوهشگران برای افزایش قدرت محاسباتی سعی کردند دو هستهی پردازنده را در یک سلول جای دهند. در بلندمدت، این کامپیوترهای سلولی دوهستهای میتوانند ارتقا یابند و برای تشخیص و درمان بیماریها، کامپیوترهای زیستی قدرتمندی ساخته گردد. برای مثال، پژوهشگران میگویند میتوانند بهدنبال نشانگرهای زیستی بگردند و بسته به اینکه کدام نشانگر موجود است، با تولید ملکولهای درمانی مختلفی واکنش نشان دهند. فوسنگر میگوید:
بافت ریزی را تصور کنید که حاوی میلیاردها سلول است که هرکدام از آنها به پردازندههای دوهستهای مخصوص خود مجهز گردند. ازلحاظ تئوری، اینچنین اعضای محاسباتی میتوانند چنان قدرت محاسباتی بهدست آورند که بسیار فراتر از قدرت ابَرکامپیوتر دیجیتال خواهد بود و درعینحال، مقدار کمی انرژی مصرف خواهند کرد.