ساخت یک کامپیوتر زیستی در سلول‌های زنده

کليک/ به تازگي محققان موفق به ساخت يک کامپيوتر زيستي در سلول‌هاي زنده شده‌اند که مي‌تواند به جمع آوري اطلاعات در مورد سلول بپردازد و از DNA سلول نيز براي ذخيره سازي اطلاعات استفاده کند. اين کامپيوتر حتي مي‌تواند از پيشرفت تومورهاي سرطاني نيز جلوگيري کند. دانشمندان MIT موفق به ايجاد مدار محاسباتي زيستي شده‌اند که قادر است داده‌هاي ورودي متوالي را به ياد آورد و به آن‌ها پاسخ دهد. اين کار اين گام اساسي در پيشرفت زيست شناسي ترکيبي همراه با ادغام حافظه‌اي است که بر اساس DNA ايجاد شده است که به طور خاصي به روش ايجاد سيستم‌هاي بزرگ محاسباتي با استفاده از عناصر زيستي اشاره مي‌کند. اين وسايل محاسباتي درست همانند سلول‌هاي زنده هستند و در نهايت وظايف پيچيده زيستي را نيز انجام مي‌دهند. محققان گروه زيست شناسي MIT موفق شدند، دستگاهي را که با نام state Machine يا دستگاه وضعيت شناخته مي‌شود و همانند کامپيوتر است، در يک سلول زنده پياده‌سازي کنند. state Machine وسيله‌اي است که وضعيت هر چيزي را در هر زماني ثبت مي‌کند و مي‌تواند با انجام عملياتي بر يک داده ورودي، تغييري را در وضعيت آن ايجاد کند و يا با انجام فعاليت‌هاي خاصي هر گونه تغييري را ايجاد کند؛ بنابراين وضعيت جديد، نتيجه ترکيب وضعيت قديمي با داده ورودي جديد است. دستگاه‌هاي وضعيت براي تشريح موارد مختلفي ايجاد شده است؛ از الگوهاي پردازش کننده زبان طبيعي گرفته تا سيستم‌هاي عصبي و حتي دستگاهي به سادگي دستگاه‌هاي خودکار خدمات دهنده. DNA در يک سلول زنده، يک عنصر طبيعي براي ذخيره‌سازي اطلاعات مربوط به وضعيت سلول محسوب مي‌شود. محققان چهارچوبي براي DNAهاي تغيير يافته به صورت شيمايي همانند آن اطلاعات وضعيتي که در توالي DNAها رمزگذاري شده‌اند، ايجاد کردند. دستگاه وضعيت به عنوان يک دستگاه ذخيره‌سازي هم امکان بازخواني و ثبت بصري اطلاعات از طريق توالي ژنتيک را فراهم مي‌کند و هم به تنظيم بيان ژن‌ها (فرايندي است که در آن اطلاعات درون ژن استفاده مي‌شود تا يک محصول کاربردي از آن بدست آيد) از طريق تغيير وضعيت مي‌پردازد. به عبارت ديگر وضعيت‌هاي مختلف با رفتار سلولي مرتبط مي‌شوند. DNA براي دستگاه وضعيت به عنوان يک حافظه عمل مي‌کند. حال بايد ببينيم DNA چگونه دستخوش تغيير مي‌شود و تغيير DNA چه تأثيري بر رفتار سلولي دارد. محققان طي انجام آزمايشي دريافتند که سلول‌ها با چندين ماده که معمولا در آزمايشات زيست‌شناسي مورد استفاده قرار مي‌گيرند، واکنش نشان مي‌دهند که اين مواد شامل آنتي بيوتيک تتراسايکلين، نوعي شکر به نام آرابينوز و ماده‌اي شيميايي به نام DAPG که به گياهان کمک مي‌کند از ريشه‌هاي خود در برابر باکتري‌هاي مضر محافظت کنند، مي‌شود. جالب است بدانيد که در صورت نياز مي‌توان اين سلول‌ها را به گونه‌اي تغيير داد که با مواد ديگر نيز واکنش نشان دهند. رفتار سلولي که توسط دانشمندان برنامه‌ريزي شده است، در واقع تشريح کدگزاري ژن ها براي توليد پروتئين‌هاي فلورسنت براي ارائه رنگ‌هاي متفاوت است. اين پروتئين‌هاي فلورسنت قادرند با ترکيبات مختلف، ۱۶ ترکيب رنگ مختلف را ايجاد کنند. دستگاه‌هاي وضعيت ترکيبي، که يک سري از نشانه گذاري‌ها و تنظيمات ژني را در يک سلول ثبت مي‌کنند و به آن پاسخ مي‌دهند، مي‌توانند به عنوان يک ابزار قابل تبديل در مطالعات و مهندسي ايجاد سيستم‌هاي زنده پيچيده به کار گرفته شوند. به عبارت ديگر با به کار گيري يک دستگاه وضعيت (يا يک کامپيوتر) در يک سلول زنده مي‌توان از آن به عنوان يک دستگاه نظارت کننده بر فعاليت‌هايي که درون سلول‌ها رخ مي‌دهد، استفاده کرد و در غير اين صورت بررسي و کنترل اتفاقات درون يک سلول، غير ممکن است. براي مثال سلول‌هاي اجدادي (که مشابه سلول‌هاي بنيادي هستند) به لطف عوامل رونويسي که در آن پروتئين به تنظيم بيان ژن در سلول‌ها کمک مي‌کنند، در انواع سلولي متمايز با وظايف خاص، توسعه پيدا مي‌کنند. عوامل رونويسي اين امکان را براي محققان فراهم کرده است که سلول‌هاي اجدادي را به گونه‌اي تغيير دهند تا به نوع خاصي از سلول‌هاي کارآمد تبديل شود و يا برعکس اين کار را انجام دهند و سلول‌هاي کاربردي را به گونه‌اي تغيير دهند تا همانند سلول‌هاي غيرمتمايز عمل کنند. لازم به ذکر است که در مورد چگونگي انجام اين روند اطلاعات زيادي در دست نيست. يک دستگاه وضعيت که قابليت ثبت تغييرات DNA ناشي از عامل رونوشت را دارد، نه تنها مي‌تواند اطلاعات کامل در مورد اين روند را به دست آورد، بلکه مي‌تواند تغييراتي نيز در آن ايجاد کند. مدارها در اين دستگاه وضعيت زيستي، وابسته به آنزيم‌هايي هستند که آنزيم‌هاي ژني ناميده مي‌شوند. اين آنزيم‌ها با مواد مختلفي که وارد سلول مي‌شوند، همانند مواد شيميايي، فعال مي‌شوند و تغييراتي در ساختار ظاهري ايجاد DNA مي‌کنند. اما تغييرات ساختار DNA ، به جهت توالي رشته‌هاي DNA با نام مکان‌هاي تشخيص دهنده بستگي دارد. موضوع مهم اين است که تأثير هرگونه تغيير در وضعيت مکان‌هاي تشخيص دهنده (رفتار سلولي به وجود آمده) به تغييرات قبلي مکان‌هاي تشخيص دهنده و در نتيجه تغييرات قبلي حافظه بستگي دارد. دستگاه‌هاي وضعيت زيستي، کاربردهاي زيادي دارد، مثلا محققان اين دستگاه‌هاي زيستي را در تومورها ادغام مي‌کنند و براي نظارت به صورت ژنتيکي (ژن‌هاي سرطان زا) و جلوگيري از پيشرفت تومورها از آن‌ها استفاده مي‌کنند. پيشنهاد يکي از محققان، ثبت ترکيبات دخيل در فعاليت‌هاي زيستي و همچين استفاده از ترتيب آن‌ها و به کار گيري آن‌ها در زمينه‌هاي مختلف بود. به گفته وي اطلاعات زيادي در مورد عوامل متمايز کننده انواع خاصي از سلول‌ها و همچنين عواملي که باعث پيشرفت انواع خاصي از بيماري‌ها مي‌شوند، وجود دارد؛ اما اطلاعات زيادي در مورد سازماندهي زماني اين عوامل وجود ندارد و محققان اميدوارند بتوانند با استفاده از دستگاه زيستي خود به اين اطلاعات دست پيدا کنند. بايد اين نکته را بدانيم که ممکن است کامپيوترها به موجودات زنده‌اي تبديل شوند؛ اما شايد اين روند آنچنان که ما انتظار داريم و پيش‌بيني مي‌کنيم، صورت نپذيرد. يک موجود تک سلولي هرگز قادر نيست اطلاعات زيادي را به دست آورد، اما مي‌تواند به صورت بالقوه مکاني براي قرارگيري دستگاهي براي جمع آوري اطلاعات باشد. مطالب جذاب، داغ و آموزشي فناوري اطلاعات در کانال تلگرامي «آي تي»