TEMA BROJA
Priredila Ilijana J. Pavlović
Biotehnologija / Dizajniranje i programiranje biokompjutera
Veštačka neuronska kola
Naučnici iz Izraela (University Tecnion) i SAD (Massachusets Insitute of Technology) spojili su koncept elektronskog inženjeringa i upotrebu alatki bioinženjeringa i time počeli „proizvodnju“ ćelija koje služe za izvođenje sofisticiranih funkcija. Reč je o određenoj vrsti „biokompjutera“. Istraživači sa Tehniona, izraelskog Instituta za tehnologiju, Laboratorije za sintetičku biologiju i bioelektroniku radili su zajedno sa stručnjacima Instituta za tehnologiju u Masačusetsu kako bi napravili genetske „uređaje“ predviđene za izvođenje proračuna kao što su veštačka neuronska kola. Rezultati njihovih istraživanja nedavno su objavljeni u časopisu „Nature Communications“.
Genetski materijal ubačen je u ćelije bakterija u obliku plazmida: u pitanju je relativno kratak DNK molekul koji ostaje odvojen od „prirodnog“ genoma bakterije. Plazmidi se nalaze i u prirodi i imaju različite uloge. Istraživačka grupa je koncipirala genetičku sekvencu plazmida da funkciniše poput jednostavnog kompjutera ili, još specifičnije, poput jednostavne veštačke neuronske mreže. To su postigli pomoću nekoliko gena na plazmidu koji regulišu aktivaciju i deaktivaciju prema spoljašnjem stimulansu. Šta u stvari znači da je ćelija kolo? Kako kompjuter može biti biološki?
Na svom najosnovnijem nivou, kompjuter se sastoji od nula i jedinica, na smenu. Operacije se izvršavaju na osnovu tih smena, sabiranjem, biranjem maksimalnih i minimalnih vrednosti među njima, itd. Naprednije i složenije operacije zasnivanju se na bazičnim vrednostima pa tako kompjuteri mogu da igraju šah i upravljaju raketom do Meseca.
Kod elektronskih kompjutera kakvi su nama poznati, smene nula i jedinica imaju formu tranzistora. Međutim, naše ćelije su kao kompjuteri, samo drugačiji. Prisustvo ili odsustvo molekula može biti kao okidač. Geni aktiviraju, pokreću ili zaustavljaju druge gene, formirajući, modifikujući i uklanjajući molekule. Cilj sintetičke biologije je, između ostalog, da iskoristi ove procese, da sintetiše promene i programira gene koji će učiniti da bakterijska ćelija izvršava složene zadatke. Ćelije su prirodno opremljene da osete hemikalije i da proizvedu organske molekule. Mogućnost da se „kompjuterizuju“ ovi procesi unutar same ćelije mogla bi da ima veliki uticaj na bioproizvodnju i da ima široku primenu u medicini.
Stručnjaci iz Izraela i SAD bili su inspirisani funkcionisanjem veštačkih neuronskih mreža. Oni su napravili sintetička računska kola kombinovanjem postojećih genetskih „delova“, ili inženjerskih gena, na nove načine i primenili koncepte iz neuromorfne elektronike. Krajnji ishod je stvaranje bakterijskih ćelija kojima se može upravljati korišćenjem algoritama veštačke inteligencije.
Grupa je uspela da napravi bakterijske ćelije koje se mogu dinamički reprogramirati da naizmenično vrše razne funkcije. Ćelije koje mogu da promene svoje programiranje dinamički takođe mogu da izvršavaju različite operacije pod različitim uslovima. Time što se ovim procesima može upravljati utaban je put složenijem programiranju, što čini takve ćelije podesnim za naprednije zadatke. Algoritmi veštačke inteligencije omogućili su naučnicima da izvedu genetske modifikacije za bakterijske ćelije po značajno manjoj ceni i mnogo brže nego do sada.
Takođe, grupa je iskoristila još jedno prirodno svojstvo živih ćelija: one mogu da reaguju na gradijente. Pomoću algoritama veštačke inteligencije, naučnici su uspeli da naprave analogno-digitalni konverter, ćeliju koja je u stanju da prijavi da li je koncentracija određenog molekula „niska“, „srednja“ ili „visoka“. Takvi senzori moći će da se koriste da se isporučuje prava doza medikamenata, uključujući imunoterapiju za kancer i lekove za dijabetes.
Priredila Ilijana J. Pavlović
Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"
|
