Οι συνθετικοί βιολόγοι έκαναν ένα σημαντικό βήμα για τη δημιουργία ενός πραγματικά βιολογικού κομπιούτερ, καθώς κατάφεραν να δημιουργήσουν μια συσκευή που μιμείται ένα από τα βασικά συστατικά των σύγχρονων ηλεκτρονικών υπολογιστών, το τρανζίστορ. Οι επιστήμονες έδειξαν ότι το βιολογικό τρανζίστορ «δουλεύει» μια χαρά μέσα σε ένα κοινό βακτήριο E.coli, λειτουργώντας ως «λογική πύλη» που δέχεται δεδομένα και τα επεξεργάζεται.

Το νέο βιολογικό τρανζίστορ αποτελεί δημιούργημα ερευνητών του πανεπιστημίου Στάνφορντ της Καλιφόρνια, με επικεφαλής τον καθηγητή βιοτεχνολογίας Ντρου Έντι, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό "Science".

Όπως τα ηλεκτρονικά τρανζίστορ από πυρίτιο αποτελούν τη βάση πολλών διαφορετικών ηλεκτρονικών κυκλωμάτων (τσιπ), έτσι και το νέο βιολογικό τρανζίστορ σχεδιάστηκε, ώστε να μπορεί να «δουλέψει» σε πολλά διαφορετικά βιολογικά κυκλώματα. Αυτό θα διευκολύνει τους επιστήμονες να προγραμματίζουν τα κύτταρα, ώστε να κάνουν τα πιο διαφορετικά πράγματα, από το να παρακολουθούν την εξέλιξη μιας αρρώστιας ή της ρύπανσης στο περιβάλλον, έως την παραγωγή φαρμάκων και βιοκαυσίμων.

Υπολογιστές μέσα σε ζωντανά κύτταρα

Οι «μηχανικοί της ζωής» (όπως έχουν εξελιχτεί πλέον οι συνθετικοί βιολόγοι) αποσκοπούν στο να δημιουργήσουν εξελιγμένους κομπιούτερ μέσα σε ζωντανά κύτταρα. Μεταξύ άλλων, κάτι τέτοιο θα επιτρέψει τον κυτταρικό αναπρογραμματισμό των έμβιων όντων (και του ανθρώπου), ώστε να αναγεννιούνται οι κατεστραμμένοι ή νεκροί ιστοί του σώματος. Πολλές άλλες χρήσεις θα μπορούσε να φανταστεί κανείς και δεν είναι τυχαίο ότι το Πεντάγωνο των ΗΠΑ επενδύει μεγάλα ποσά στη σχετική έρευνα (π.χ. για τη δημιουργία βιο-αισθητήρων που θα ανιχνεύουν την παραμικρή αλλαγή στο περιβάλλον).

Οι ερευνητές έχουν ήδη κάνει σημαντικές προόδους κατά την τελευταία δεκαετία, όσον αφορά την απομίμηση των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων στο πεδίο της βιολογίας, χρησιμοποιώντας τα «μόρια της ζωής» (DNA, RNA και πρωτεΐνες). Όμως συνήθως αυτές οι βιο-συσκευές δουλεύουν μόνο σε ένα συγκεκριμένο βιολογικό περιβάλλον για το οποίο έχουν ειδικά σχεδιαστεί, ενώ το νέο βιο-τρανζίστορ θα μπορεί να αξιοποιηθεί σε πολύ διαφορετικά βιολογικά συστήματα και λειτουργίες, άρα θα έχει ευρύτερη πρακτική εφαρμογή.

Σε ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα, τα τρανζίστορ ουσιαστικά αποτελούν ηλεκτρονικούς διακόπτες που ρυθμίζουν τη ροή των ηλεκτρονίων (δηλαδή του ηλεκτρικού ρεύματος) μέσω μεταλλικών μικροσκοπικών συρμάτων και έτσι επιτρέπουν την πραγματοποίηση λογικών διεργασιών και υπολογισμών. Αντίστοιχα, το νέο βιολογικό τρανζίστορ, που ονομάζεται «μεταγραφέας» και αποτελείται από περίπου 150 «γράμματα» του γενετικού αλφαβήτου, χρησιμοποιεί το DNA ως «σύρμα» και τα ένζυμα ως ηλεκτρόνια.

Αντί για τη ροή των ηλεκτρονίων, ρυθμίζει πόσα μόρια ενός συγκεκριμένου ενζύμου (της πολυμεράσης RNA) θα «ταξιδέψουν» κατά μήκος του «σύρματος» του DNA και προς ποια κατεύθυνση (π.χ. από αριστερά προς τα δεξιά). Οι ερευνητές τοποθέτησαν στη σειρά πολλούς «μεταγραφείς» (βιολογικά τρανζίστορ) και εκτέλεσαν μια σειρά από λογικές πράξεις. Με αυτό τον τρόπο, κατάφεραν να ενισχύσουν την έκφραση συγκεκριμένων γονιδίων.

Υπολογιστές με βιολογικά υλικά;

Φέτος τον Φεβρουάριο, μια άλλη ερευνητική ομάδα του πανεπιστημίου ΜΙΤ των ΗΠΑ, με επικεφαλής τον συνθετικό βιολόγο Τίμοθι Λου, όπως ανακοίνωσε στο περιοδικό βιοτεχνολογίας "Nature Biotechnology", είχε κατορθώσει, με μια παρόμοια στρατηγική, να εκτελέσει πολύπλοκες λογικές πράξεις σε κυτταρικό επίπεδο.

«Το μέλλον των υπολογιστών δεν είναι ανάγκη να περιοριστεί στους υπολογιστές από πυρίτιο. Το μέλλον θα είναι πολύ πιο πλούσιο, αν μπορέσουμε να φανταστούμε νέα είδη υπολογιστών, σε νέα μέρη και με νέα υλικά», δήλωσε ο Ντρου Έντι, ο οποίος είναι ένας από τους πρωτοπόρους στο πεδίο της συνθετικής βιολογίας παγκοσμίως. «Οι βιολογικοί υπολογιστές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μελέτη και τον αναπρογραμματισμό των έμβιων συστημάτων, την παρακολούθηση του περιβάλλοντος και τη θεραπεία των κυττάρων», πρόσθεσε.

Δημιουργία βιολογικού Διαδικτύου

Με τη χρήση πολλών τέτοιων βιολογικών τρανζίστορ, θα μπορούσε τελικά να υπάρξει ένα είδος «βιολογικού Διαδικτύου» μέσα στο σώμα, που θα επιτρέπει να μεταφέρονται συγκεκριμένες (και ελεγχόμενες) γενετικές πληροφορίες από κύτταρο σε κύτταρο, ώστε να «ενορχηστρώνεται» κατά βούληση η συμπεριφορά μεγάλων ομάδων κυττάρων. «Οι δυνητικές πρακτικές εφαρμογές έχουν ως όριο μόνο τη φαντασία του επιστήμονα», δήλωσε η ερευνήτρια Μόνικα Ορτίζ.

Μάλιστα, ο Έντι και οι συνεργάτες του δήλωσαν ότι τα ευρήματα των ερευνών τους θα είναι ελεύθερα προσβάσιμα από όλους, ώστε να ενισχυθεί η σχετική έρευνα. Ακούγεται δημοκρατικό, αλλά μήπως ενέχει και νέου τύπου κινδύνους;

Link: Για την πρωτότυπη επιστημονική εργασία (με συνδρομή) στη διεύθυνση:

http://www.sciencemag.org/content/early/2013/03/27/science.1232758.abstract

Ακολουθήστε το reporter.gr στο Google News και μάθετε πρώτοι όλες τις ειδήσεις
Δείτε όλες τις τελευταίες Ειδήσεις από την Ελλάδα και τον Κόσμο, τη στιγμή που συμβαίνουν, στο reporter.gr