Система редагування генів CRISPR зазвичай відома тим, що допомагає вченим лікувати генетичні захворювання, але ця технологія також має цілий ряд можливих застосувань у синтетичній біології. Тепер дослідники з інституту ETH Zurich використовували CRISPR для створення функціональних біокомпьютерів всередині клітин людини.
Як би не були потужні сучасні комп'ютери, вони програють природі. Про живі організми вже можна думати як про комп'ютери - їхні клітини діють як логічні елементи, отримуючи інформацію із зовнішнього світу, обробляючи її і реагуючи певними метаболічними процесами.
«Саме тіло людини - це великий комп'ютер», - говорить Мартін Фуссенеггер, провідний автор дослідження. "Його метаболізм використовує обчислювальну потужність трильйонів клітин з незапам'ятних часів. І на відміну від технічного суперкомп'ютера, цьому великому комп'ютеру потрібен тільки шматок хліба для отримання енергії ".
Використання цих природних процесів для побудови логічних схем є ключовою метою синтетичної біології. У цьому випадку команда вчених ETH Zurich знайшла спосіб впровадити двоядерні процесори в клітини людини, спочатку модифікувавши інструмент редагування генів CRISPR.
Зазвичай ця система використовує напрямні послідовності РНК для націлювання на певні сегменти ДНК в геномі, а потім вносить точні зміни в нього. Для цього проекту команда вчених створила спеціальну версію ферменту Cas9, яка може виступати в якості процесора.
Такий спеціальний Cas9 читає керівництво РНК як вхідні дані, і у відповідь висловлює певні гени. Це, в свою чергу, створює певні білки в якості виходу. Ці процесори діють як цифрові половинні сумматори - по суті, вони можуть порівнювати два входи або додавати два двійкових числа і видавати два виходи. Щоб підвищити обчислювальну потужність, дослідникам вдалося втиснути два ядра процесора в одну клітку.
Зрештою, ці двоядерні комп'ютери можуть бути зібрані мільярдами для створення потужних біокомпьютерів для діагностики та лікування захворювань. Наприклад, дослідники кажуть, що вони можуть шукати біомаркери і реагувати, створюючи різні терапевтичні молекули, залежно від того, присутні один, інший або обидва біомаркери.
«Уявіть собі мікроткань з мільярдами клітин, кожна з яких оснащена власним двоядерним процесором», - говорить Фуссенеггер. «Такі» обчислювальні органи «теоретично можуть досягти обчислювальної потужності, яка набагато перевершує потужність цифрового суперкомп'ютера - і використовує лише невелику частину енергії».
Дослідження було опубліковано в журналі PNAS.