Управление экспрессией генов через генные переключатели — идея, заимствованная у цифровых технологий — давно считается одной из главных задач синтетической биологии. В основе компьютеров лежат так называемые логические вентили, преобразующие входящие сигналы — И, ИЛИ, НЕ и другие. Такие же схемы биологи пытаются построить с помощью белковых генных переключателей в клетках, пишет Phys.org.
Традиционно у них есть серьезные недостатки: они не слишком гибкие, поддерживают только самые простые программы и могут обработать только один входящий сигнал за раз. Более сложные вычислительные процессы в клетках возможны лишь при определенных обстоятельствах, при этом реализованы они ненадежно.
Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха утверждают, что значительно продвинулись в создании полноценного «биологического вычислителя». Ядро созданного ими процессора образует особый вариант белка Cas9. В ответ на сигнал, который доставляют цепочки РНК, ЦПУ регулирует экспрессию отдельного гена, который, в свою очередь, создает заданный белок. Так можно программировать цепи внутри клеток человека — как цифровые полусумматоры, они состоят из двух входящих и двух исходящих сигналов и могут складывать два однозначных двоичных числа.
Ученые не остановились на этом. Они создали биологический двухъядерный процессор, интегрировав в клетку два ядра. Для этого они использовали компоненты CRISPR/Cas9 двух различных бактерий.
«Мы создали первый клеточный компьютер с больше чем одним процессором, — заявил профессор Мартин Фуссенеггер. — Представьте себе микроткань из миллиарда клеток, каждая из которых оснащена собственным двухъядерным процессором. Такой „вычислительный орган“ может, теоретически, обеспечивать вычислительную мощность, намного превосходящую цифровой суперкомпьютер, потребляя лишь небольшую часть нужной ему энергии».
Недавно американские ученые показали прототип ДНК-компьютера, внутри которого — молекулы, кодирующие по шесть бит информации. Его научили вычислять кратность трем, сравнивать два числа, считать до 63 и рисовать заданные узоры.
