Кишечная палочка под микроскопом
Используя генетически модифицированные бактерии кишечной палочки, ученые собрали простейший «биокомпьютер», который сумел решить классическую математическую задачу.
Сегодня только ленивый не рассуждает на тему о том, что современные компьютеры приблизились к теоретическому пределу производительности. И каких только выходов из этого технологического тупика не предлагается – и объемные микросхемы («Схемотехника в пространстве»), и квантовые компьютеры («Скоро ли революция?»), и использование новых материалов («Без кремния»). Но некоторые разработчики предлагают воспользоваться тем, что создала сама природа – живыми организмами.
Группа американских ученых во главе с Кармеллой Хэйнс (Karmella Haynes) разработала такой «биокомпьютер», используя генетически модифицированные бактерии кишечной палочки (Escherichia coli). Их «прибор» способен решать классическую математическую задачку о подгоревших блинчиках.
Суть ее состоит в следующем. Имеется стопка разного размера блинчиков, каждый из которых хорошо приготовлен с одной стороны, и подгорел – с другой. Задача состоит в сортировке стопки таким образом, чтобы самый большой блин был внизу, а самый маленький – наверху, при этом все блины должны лежать подгоревшей стороной вниз. Необходимо добиться этого за минимальное число шагов, при этом за один шаг можно только взять один или несколько последовательных блинов и перевернуть их в стопке (взгляните на иллюстрацию слева).
на сортировку блинчиков: черная полоса — лопаточка, темно-коричневым обозначены подгоревшие стороны блинов. Блины можно только переворачивать, но не перемещать (зато любое их количество сразу)
Конечно, в реальных экспериментах ни о каких блинчиках и речи не идет: их роль выполняли фрагменты ДНК, именно их сортировал «бактериальный компьютер». Для этого ученым пришлось добавить в них гены, отвечающие за переворачивание (смену ориентации) ДНК-фрагментов. Добавили и ген устойчивости к определенному антибиотику: если задача решена правильно, и все фрагменты ориентированы в нужном направлении, этот ген активируется и позволяет выжить в присутствии антибиотика. Минимальное время, которое потребуется на это бактерии, соответствует минимальному числу шагов, которые использовались на решение проблемы.
По мнению авторов исследования, их «бактериальные компьютеры» уже имеют ряд преимуществ по сравнению с обычной электроникой. Кармелла Хэйнс поясняет: «Одна пробирка может содержать миллионы бактерий, каждая из которых может нести несколько копий “считающей” ДНК. Все эти “биокомпьютеры” способны работать параллельно и потенциально способны совершать вычисления быстрее обычных компьютеров, не говоря уж о компактности и дешевизне». Ну а на наш взгляд, главное потенциальное преимущество подобных компьютеров – их «живость», и связанная с этим способность самовосстанавливаться. Кстати, мы сообщали и о другом «биокомпьютере» – но тот был построен из одной только чистой ДНК: «Жидкий компьютер».
Ссылка на источник