Βιολογικός υπολογιστής κυριολεκτικά ενσωματωμένος στα κύτταρα

Προς το παρόν μπορείτε να κρατήσετε έναν φορητό υπολογιστή στην παλάμη σας ή έστω να τον κρύψετε στα ρούχα σας. Στο μέλλον όμως ίσως θα μπορείτε να τον έχετε ενσωματωμένο στα κύτταρά σας για να παρακολουθεί αδιάκοπα την υγεία σας χορηγώντας την κατάλληλη θεραπεία με την εμφάνιση οποιουδήποτε προβλήματος.

Επιστήμονες από την Ελβετία κατόρθωσαν να κάνουν ένα σημαντικό πρώτο βήμα προς αυτήν την κατεύθυνση δημιουργώντας για πρώτη φορά ένα ψηφιακό κύκλωμα που εκτελεί απλές αριθμητικές πράξεις με βάση τα ανθρώπινα κύτταρα.

Με εμβρυϊκά κύτταρα ανθρώπινου νεφρού

Οι ερευνητές της Ομοσπονδιακής Πολυτεχνικής Σχολής της Ζυρίχης με επικεφαλής τον Μάρτιν Φουσενένγκερ ανέπτυξαν τις βιολογικές εκδοχές των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων δημιουργώντας έναν «ημι-αθροιστή» και έναν «ημι-αφαιρέτη» με δυο ομάδες εμβρυϊκών κυττάρων του νεφρού.

Όπως υποδηλώνουν αυτοί οι ασυνήθιστοι για κυτταρικές διεργασίες όροι, οι ομάδες επιφορτίστηκαν αντίστοιχα με τον

ρόλο να προσθέτουν ή να αφαιρούν δυο δυαδικούς αριθμούς, δημιουργώντας στην ουσία μια καθοριστική –αν και πρωτόλεια – βάση για τη μελλοντική ανάπτυξη ενός υπολογιστή μέσα στο ανθρώπινο σώμα.

Το εκπληκτικό στο επίτευγμα, το οποίο δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Nature», δεν συνίσταται μόνο στο γεγονός ότι αποτελεί το πιο σύνθετο βιολογικό ψηφιακό κύκλωμα που έχει δημιουργηθεί ως σήμερα αλλά, επί πλέον, στο ότι αναπτύχθηκε με ανθρώπινα κύτταρα. Τα περισσότερα ικανά να εκτελέσουν απλές αριθμητικές πράξεις βιολογικά κυκλώματα που έχουν παρουσιαστεί ως τώρα έχουν ως βάση μόρια DNA ή βακτηρίων, κάτι το οποίο σημαίνει ότι είναι δύσκολο να ενσωματωθούν στον άνθρωπο.

«Προκειμένου να έχει οποιαδήποτε θεραπευτική αξία στο μέλλον πρέπει να εξασφαλίσουμε ότι κάτι τέτοιο είναι εφικτό με κύτταρα θηλαστικών» τόνισε ο κ. Φουσενέγκερ.

Φυσικά χημικά αντί για ηλεκτρόνια

Στους ηλεκτρονικούς υπολογιστές οι πληροφορίες κωδικοποιούνται με βάση τα ψηφία 1 και 0 τα οποία καθορίζονται από την παρουσία ή την απουσία ηλεκτρονίων. Στο κύκλωμα των Ελβετών ερευνητών αντί για ηλεκτρόνια χρησιμοποιήθηκαν δυο φυσικές χημικές ουσίες: το αντιβιοτικό ερυθρομυκίνη και η φλορετίνη, η οποία βρίσκεται στα φύλλα της μηλιάς.

Οι δυο ουσίες επενεργούν στις δυο ομάδες κυττάρων «ανοίγοντας» ή «κλείνοντάς» τες και κάνοντάς τες να παράγουν μια πράσινη ή μια κόκκινη φθορίζουσα πρωτεΐνη – ένα σήμα που ισοδυναμεί με το αποτέλεσμα της αριθμητικής πράξης. Για παράδειγμα η παρουσία και των δυο ουσιών στο κύτταρο «ημι-αφαιρέτη» δίνει κόκκινο σήμα, ισοδύναμο με το 0.

Το πιο εντυπωσιακό σε αυτή τη διαδικασία είναι ότι συντελείται παράλληλα και χωρίς να εμποδίζει τις συνήθεις λειτουργίες των κυττάρων, κάτι το οποίο σημαίνει ότι τους επιτρέπει να λειτουργούν ως δυαδικά υπολογιστικά κυκλώματα ενώ συνεχίζουν να επιτελούν τον ρόλο τους ως φυσιολογικά κύτταρα του οργανισμού.

Στόχος των ερευνητών είναι να βελτιώσουν τα βιολογικά κυκλώματα του είδους με απώτερο όνειρο τη δημιουργία βιολογικών υπολογιστών οι οποίοι θα είναι πιο ευέλικτοι από τους ηλεκτρονικούς ομολόγους τους. Αυτό γιατί οι ουσίες που δημιουργούν τα «ψηφία» τους θα μπορούν να αλλάζουν ανάλογα με τις εκάστοτε ανάγκες, κάνοντας για παράδειγμα τον υπολογιστή να «συλλαμβάνει» ως σήμα εισροής πληροφοριών την παρουσία μιας φλεγμονής και να αντιδρά χορηγώντας ως «εκροή» το κατάλληλο φάρμακο.

Βήμα Science