[ad_1]
E. coli در روده ما رشد می کند، گاهی اوقات اثرات ناخوشایندی دارد، و پیشرفت های علمی را تسهیل می کند – DNA، سوخت های زیستی، و واکسن کووید فایزر، به نام چند مورد. اکنون این باکتری چند استعدادی یک ترفند جدید دارد: می‌تواند یک مشکل پیچ و خم محاسباتی کلاسیک را با استفاده از محاسبات توزیع‌شده حل کند – تقسیم محاسبات مورد نیاز بین انواع مختلف سلول‌های مهندسی شده ژنتیکی.
این شاهکار زیبا به اعتبار زیست شناسی مصنوعی است که هدف آن برنامه ریزی مدارهای بیولوژیکی مانند مدارهای الکترونیکی و سلول ها به آسانی کامپیوترها است.
آزمایش ماز بخشی از چیزی است که برخی از محققان آن را جهت امیدوارکننده‌ای در این زمینه می‌دانند: به جای مهندسی کردن یک نوع سلول برای انجام همه کارها، آنها از چندین نوع سلول برای کارهای مختلف استفاده می‌کنند تا کار را با هم انجام دهند. این میکروب‌های مهندسی‌شده با هماهنگی کار می‌توانند مانند شبکه‌های چند سلولی در طبیعت، «محاسبه» و حل مشکلات را انجام دهند.
تاکنون، چه خوب و چه بد، زیست شناسان مصنوعی از استفاده کامل از قدرت طراحی زیست شناسی جان سالم به در برده اند و ناامید شده اند. “طبیعت می تواند (به مغز فکر کند)، اما ما پاملا سیلور، زیست‌شناس مصنوعی در هاروارد می‌گوید که هنوز نمی‌دانم چگونه با استفاده از زیست‌شناسی در این سطح عظیم از پیچیدگی طراحی کنم.
مطالعه با coli حل کننده پیچ و خم به رهبری سانگرام باغ، بیوفیزیکدان مؤسسه فیزیک هسته ای ساها در کلکته، یک مشکل اسباب بازی ساده و سرگرم کننده است. اما همچنین به عنوان یک اثبات اصل برای محاسبات توزیع شده بین سلول ها عمل می کند و نشان می دهد که چگونه می توان مسائل محاسباتی پیچیده تر و عملی را به روشی مشابه حل کرد. اگر این رویکرد در مقیاس بزرگ کار کند، می‌تواند برنامه‌های مربوط به همه چیز، از داروسازی گرفته تا کشاورزی و سفرهای فضایی را باز کند.
دیوید مک میلان، مهندس زیستی از دانشگاه تورنتو، می‌گوید: «همانطور که ما در حل مسائل پیچیده‌تر با سیستم‌های بیولوژیکی مهندسی شده پیش می‌رویم، پخش این بار به یک قابلیت مهم تبدیل می‌شود.»
چگونه یک هزارتوی باکتریایی بسازیم
گرفتن coli برای حل مشکل پیچ و خم مستلزم مقداری نبوغ است. باکتری ها در پیچ و خم قصر پرچین های خوش تراش سرگردان نشدند. در عوض، باکتری ها پیکربندی های مختلف ماز را تجزیه و تحلیل کردند. راه اندازی: یک ماز در هر لوله آزمایش، که هر ماز توسط یک مخلوط شیمیایی متفاوت تولید می شود.
ظروف شیمیایی توسط یک شبکه 2 × 2 نشان دهنده مشکل ماز از هم جدا شدند. مربع سمت چپ بالای شبکه شروع پیچ و خم است و مربع سمت راست پایین مقصد است. هر مربع روی شبکه می تواند یک مسیر باز یا مسدود باشد که به 16 پیچ و خم ممکن منتهی می شود.
باغ و همکارانش به طور ریاضی این مسئله را به یک جدول حقیقت ترجمه کردند 1شن 0s، همه پیکربندی‌های ماز ممکن را نشان می‌دهد. سپس آنها این تنظیمات را در 16 ترکیب مختلف از چهار ماده شیمیایی ترسیم کردند. وجود یا عدم وجود هر یک از مواد شیمیایی مربوط به باز بودن یا مسدود شدن یک مربع خاص در ماز است.
تیم چندین مجموعه آماده کرد coli با مدارهای ژنتیکی مختلف که آن مواد شیمیایی را شناسایی و تجزیه و تحلیل کردند. با هم، جمعیت مخلوط باکتری ها به عنوان یک کامپیوتر توزیع شده عمل می کند. هر یک از مجموعه های مختلف سلول بخشی از محاسبات، پردازش اطلاعات شیمیایی و حل پیچ و خم است.
پژوهشگران ابتدا آزمایش را اجرا کردند coli در 16 لوله آزمایش، هر کدام مخلوطی از ماز شیمیایی متفاوتی اضافه کردند و باکتری ها را رها کردند تا رشد کنند. بعد از 48 ساعت، اگر coli بدون هیچ مسیر روشنی از طریق پیچ و خم – یعنی اگر مواد شیمیایی لازم وجود نداشت – سیستم تاریک باقی می ماند. اگر ترکیب شیمیایی صحیح وجود داشت، مدارهای مربوطه «روشن» می‌شدند و باکتری‌ها در مجموع پروتئین‌های فلورسنت را به رنگ‌های زرد، قرمز، آبی یا صورتی بیان می‌کردند تا محلول‌ها را نشان دهند. بگ می گوید: «اگر راهی، راه حلی وجود داشته باشد، باکتری ها می درخشند.
کاتاکالی سرکار و سنگرام باغ
چیزی که باغ به‌ویژه هیجان‌انگیز بود این بود که در حالی که همه 16 هزارتوی را به‌وجود می‌آوردند. coli اثبات فیزیکی ارائه شد که تنها سه مورد قابل حل بودند. بگ می گوید: «محاسبه آن با یک معادله ریاضی ساده نیست. با این آزمایش، می توانید آن را بسیار ساده ببینید.»
هدف والا
باغ یک کامپیوتر بیولوژیکی را در نظر می گیرد که به رمزنگاری یا استگانوگرافی (هنر و علم پنهان کردن اطلاعات) کمک می کند، که به ترتیب از یک پیچ و خم برای رمزگذاری و پنهان کردن داده ها استفاده می کنند. اما پیامدها فراتر از این کاربردها به جاه طلبی های عالی زیست شناسی مصنوعی گسترش می یابد.
ایده زیست شناسی مصنوعی به دهه 1960 برمی گردد، اما این رشته در سال 2000 با ایجاد مدارهای بیولوژیکی مصنوعی (به طور خاص، یک کلید ضامن و یک نوسانگر)، که به سلول ها اجازه می دهد ترکیبات دلخواه را تولید کنند یا معنی دار شوند، به طور کامل ظهور کرد. امکان برنامه ریزی برای پاسخ دادن به آن فراهم شد محیط آنها
[ad_2]
