Группа ученых-биоинженеров из Массачусетского технологического института создала "аналоговые калькуляторы" на основе живых одноклеточных микроорганизмов. Согласно статье, опубликованной в онлайн-издании Nature, исследователи, внося изменения в генофонд бактерий, сумели создать схемы, которые могут производить различные вычисления, включая деление, умножение, вычисление логарифмов и извлечение квадратных корней, намного более эффективным способом, нежели это делают другие существующие на сегодняшний день биокомпьютеры.

Используя "аналоговые" вычислительные схемы, основанные на естественных биохимических функциях живых клеток, исследователям удалось добиться реализации более точных вычислений, чем можно добиться с использованием цифровой дискретной логики. Известно, что цифровые схемы работают с информацией, закодированной в виде последовательности нулей и единиц, в отличие от этого, аналоговые схемы могут работать с непрерывным потоком данных, учитывая и промежуточные значения.

"В отличие от цифровых, аналоговые методы вычислений весьма быстры и эффективны" - рассказывает Рэхул Сарпешкэр (Rahul Sarpeshkar), один из ученых, принимавших участие в данных исследованиях, - "Создание аналогов цифровых схем внутри живых клеток потребовало бы более глубокого и обширного генетического вмешательства, которое могло привести к полной нежизнеспособности используемых микроорганизмов".



Искусственные цифровые схемы, которые извлекают квадратные корни, состоят минимум из 100 логических элементов, в то время как аналоговая схема, сделанная специалистами Массачусетского технологического института, состоит всего из двух частей. Для создания схем, способных умножать и делить, исследователи объединили две цепочки, использующие гены для производства зеленого флуоресцентного белка (green fluorescent protein, GFP). Одна из цепочек использует моносахарид, называемый арабинозой (arabinose), а вторая - особый вид "сигнальных" молекул под названием AHL. Концентрации вышеупомянутых веществ используются в качестве исходных данных, а результатом вычислений является суммарная концентрация произведенного белка GFP. К сожалению, у такого биохимического компьютера существуют ограничения, связанные с диапазоном значений входных сигналов и получаемых результатов, который в настоящее время составляет от 0 до 10000 единиц.

Конечной целью данных исследований является создание аналоговых вычислительных цепей не в клетках микроорганизмов, а в клетках более сложных и больших живых организмов, в том числе и млекопитающих. Помимо этого, группа исследователей постоянно работает над созданием новых генных цепочек и вычислительных элементов, которые позволят реализовать более сложные вычислительные функции. "Только что мы закончили изучение того, что могут сделать в живых клетках сложные цепи аналоговых обратных связей" - рассказал Рэхул Сарпешкэр, - "Такие функции в будущем могут быть использованы не только для диагностики состояния организма, но и для лечения некоторых видов заболеваний".