علماء هنود يبتكرون بكتيريا معدلة وراثيا قادرة على الحساب الرياضي

أنتجت جهود الهندسة الوراثية في معهد ساها للفيزياء النووية (SINP) في كولكاتا مؤخرًا نوعًا من البكتيريا يمكنه إجراء عمليات رياضية. يوضح هذا الإنجاز أن الخلايا البكتيرية، عند تعديلها، يمكنها إجراء عمليات الجمع والطرح وحتى تحديد الأعداد الأولية بين 0 و9. ويشير عمل الباحثين الهنود إلى أساس محتمل لإنشاء أجهزة كمبيوتر حيوية، وهي أجهزة تستخدم الخلايا الحية في العمليات الحسابية. يمكن لهذا البحث أن يدفع إلى الأمام تكامل الأنظمة البيولوجية في العلوم الحسابية.

تطور الحوسبة الحيوية والقدرات الناشئة

كانت الدراسة نشرت في مجلة علم الأحياء الكيميائي الطبيعي. شهد استخدام الخلايا الحية في الحوسبة عقدين من التقدم التدريجي. في البداية، سمحت البيولوجيا التركيبية للعلماء بتطوير بوابات منطقية خلوية للعمليات الأساسية مثل “AND” و”OR” و”NOT”، لمحاكاة وظائف معالجات السيليكون ولكن على مستوى أبسط بكثير. ومن خلال ضبط الشبكات الجينية في الكائنات الحية مثل الإشريكية القولونية والخميرة، تمكن الباحثون من حث الخلايا على إجراء عمليات الجمع والطرح. ومع ذلك، ظلت العمليات التي تم تحقيقها في هذه الدراسات المبكرة أساسية في نطاقها، ولم تتوافق بعد مع تعقيد المعالجات الرقمية الحديثة.

التقدم في الحساب البكتيري من خلال مبادئ الشبكة العصبية

في عملهم الحالي، طبق علماء SINP نماذج الشبكة العصبية الاصطناعية على الإطار الجيني لبكتيريا E. coli، حيث قاموا بدمج 14 دائرة وراثية فريدة لتشكيل أنواع بكتيرية متميزة. تم وضع هذه البكتيريا في بيئات سائلة خاضعة للرقابة، حيث يمكنها تنفيذ العمليات الحسابية بما في ذلك تحديد ما إذا كانت الأعداد أولية. على سبيل المثال، عند تعرضها لمحفزات كيميائية محددة، أشارت البكتيريا إلى استجاباتها عن طريق إفراز البروتينات التي تشير إلى “نعم” باللون الأخضر و”لا” باللون الأحمر. يعد هذا التطبيق للبكتيريا لحل المشكلات الأكثر تجريدًا، مثل تحديد الأعداد الأولية، أول استخدام في الحوسبة البيولوجية.

الآثار المترتبة على البحوث المستقبلية

حسب بالنسبة لموهيت كومار جولي، الأستاذ المساعد في المعهد الهندي للعلوم في بنغالور، يمكن للدراسة أن تقدم نظرة ثاقبة لقدرات الخلايا على اتخاذ القرار، وهي عملية لم يتم فهمها بالكامل بعد. تفتح النتائج آفاقًا جديدة في دراسة معالجة المعلومات البيولوجية وتكشف عن إمكانات غير مستغلة للخلايا الحية في التطبيقات الحسابية. هذا العمل الذي قام به باحثو SINP قد يعيد تعريف نطاق الحساب، ويكشف عن إمكانات البكتيريا كوسيلة حوسبة بيولوجية.