חוקרי הטכניון הצליחו לפתח מחשב ביולוגי אשר יודע לצבוע חיידקים

מחשבים ביולוגים מעוררים עניין רב בקהילה המדעית לא מכיון שמצפים כי מכונות אלו יוכלו להתחרות במחשבים אלקטרוניים מבחינת מהירות החישוב, היעילות והכוח החישובי”, מסביר פרופסור אהוד קינן מהפקולטה לכימיה בטכניון

חוקרי הטכניון פיתחו מחשב ביולוגי, אשר בנוי ממולקולות DNA ואנזימים ויכול לגרום לתופעות ביולוגיות. זו הפעם הראשונה שבה תהליך חישוב מולקולרי מוביל לתכונה נראית של בעל חיים. במהלך המחקר הזה, קבע המחשב את צבעם של חיידקים: כחול או לבן. על כך מדווח כתב העת המדעי ChemBioChem.
“מחשבים ביולוגים מעוררים עניין רב בקהילה המדעית לא מכיון שמצפים כי מכונות אלו יוכלו להתחרות במחשבים אלקטרוניים מבחינת מהירות החישוב, היעילות והכוח החישובי”, מסביר פרופסור אהוד קינן מהפקולטה לכימיה בטכניון. “היתרון העיקרי של מחשבים ביומולקולריים נובע בעיקר מיכולתם לתקשר ישירות עם מערכות ביולוגיות ואפילו עם יצורים חיים. זאת מכיון שכל מרכיבי המחשב הביולוגי, כולל חומרה, תוכנה, קלט ופלט, הם מולקולות אשר משתתפות בשרשרת של אירועים כימיים מתוכנתים מראש”.
פרופסור קינן, אשר ביצע את המחקר עם דיקן הפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון בטכניון, פרופסור יובל שהם, עם המאסטרנטיות אליזבטה קוסוי ומיכל סורני ועם ד”ר נועה רביד, מבהיר כי על פי הגדרתו הבסיסית, המחשב הוא מכונה, אשר בנויה מארבעה מרכיבים: חומרה, תוכנה, קלט ופלט. כל המחשבים שאותם אנחנו מכירים הם מחשבים אלקטרוניים, כלומר מכונות, אשר בהן הקלט והפלט הם אותות אלקטרוניים, החומרה שלהם היא אוסף של רכיבי מתכת וחומרים פלסטיים, חוטי חשמל, טרנזיסטורים, קבלים וכו', ואילו התכנה היא אוסף של הוראות, אשר ניתנות למכונה באמצעות אותות אלקטרוניים. “בניגוד למחשב האלקטרוני, קיימות מכונות, שבהן כל ארבעת המרכיבים האלו הם מולקולות”, הוא אומר. “לדוגמה, כל המערכות הביולוגיות ואפילו הגוף החי כולו, הם למעשה מחשבים מסוג כזה. כל אחד מאתנו מהווה מחשב ביולוגי-מולקולרי, כלומר מכונה, שבה כל המרכיבים הנ”ל הם מולקולות, אשר “מדברות” ביניהן באופן לוגי. החומרה וגם התכנה של המחשב הביולוגי הן מולקולות ביולוגיות מורכבות, אשר מפעילות אלו את אלו בתגובות כימיות מוגדרות. הקלט הוא מולקולה, אשר עוברת עיבוד מסוים, כלומר שינויים כימיים, לפי חוקים קבועים מראש. תוצאת החישוב, או הפלט של המחשב הזה, גם היא מולקולה מוגדרת”.
“עבודת המחקר שלנו מהווה עלית מדרגה, מכיון שהיא מדגימה כי מכונת חישוב מתוכננת כראוי (במקרה הנוכחי, מכונה אשר נקראת אוטומט סופי), יכולה ליצור פלט בצורת תכונה ביולוגית ייחודית, תוך תקשורת ישירה עם יצורים חיים. השלבים הבאים בדרך הארוכה הזאת, יהיו החדרה של כל מערכת המחשב לתוך תאים חיים או לתוך רקמות שלמות. צעד חשוב קדימה בכיוון הזה, דווח באחרונה על-ידי ד”ר יעקב בננסון ושותפיו באוניברסיטאות הרוורד ופרינסטון. עבודות המחקר של שתי הקבוצות מדגישות את הפוטנציאל הגלום בניצולן של מכונות חישוב ביומולקולריות לצרכים של איבחון מחלות וטיפול בהן באופן אוטומטי”.