סיקור מקיף

חוקרי הטכניון פיתחו מחשב ביולוגי מתקדם

תוצאות החישוב השונות בוטאו בצורת תכונות ביולוגיות, כגון עמידות של חיידקים לחומרים אנטיביוטיים שונים

מבנה ה-DNA. מתוך ויקיפדיה
מבנה ה-DNA. מתוך ויקיפדיה

מדענים בטכניון פיתחו ומימשו מכונת חישוב מולקולרית מתקדמת מסוג מתמר (Transducer). המחשב המולקולרי נבנה כולו ממולקולות ביולוגיות, כדוגמת דנ”א וחלבונים אשר מסוגלים להכניס שינויים בקודים גנטיים. מכשיר חסר תקדים זה יכול לבצע חישוב עוקב, כלומר, להשתמש בפלט של תהליך חישוב אחד כקלט חדש לחישובים נוספים.

יתר על כן, תוצאות החישוב השונות בוטאו בצורת תכונות ביולוגיות, כגון עמידות של חיידקים לחומרים אנטיביוטיים שונים. החוקרים הדגימו את יכולתו של המתמר על-ידי ביצוע חילוק של מספרים בינאריים ב- 3. בנוסף לכך, ביצעו חישוב עוקב על אחד הפלטים. מחקר זה בוצע על-ידי פרופ’ אהוד קינן, יחד עם הפוסט-דוקטורטים ד”ר תמר רטנר וד”ר רון פירן מהפקולטה לכימיה ע”ש שוליך, וד”ר נטשה ג’ונוסקה מהמחלקה למתמטיקה באוניברסיטת דרום פלורידה. מחקר זה מתפרסם בכתב העת היוקרתי כימיה וביולוגיה (Chemistry & biology) השייך לבית ההוצאה לאור Cell.

“ההתעניינות הגוברת בהתקני מיחשוב ביו-מולקולריים לא נובעת מהתקווה שלמכונות מסוג זה יהיה ייתרון על המחשבים האלקטרוניים במהירות חישוב או ביעילות ביצוע משימות חישוביות רגילות”, מסביר פרופ’ קינן. “היתרונות העיקריים של התקני מיחשוב אלו נובעים ממאפיינים אחרים. כפי שניתן לראות מעבודה זאת ומפרויקטים אחרים שבוצעו במעבדותינו, מערכות חישוב אלו יכולות לתקשר ישירות עם מערכות ביולוגיות ואפילו עם יצורים חיים. הממשק הישיר בין שני העולמות מתאפשר הודות לכך שכל הרכיבים של המחשבים הביו-מולקולריים, כולל חומרה, תוכנה, קלט ופלט, הם מולקולות ביולוגיות אשר “מדברות” ביניהן באופן לוגי בשרשרת של אירועים כימיים בני תיכנות. הקלט הוא מולקולה, אשר עוברת שינויים מתוכנתים, על-פי חוקים שנקבעו מראש (תוכנה). זאת כדי ליצור את הפלט המולקולרי, אשר יכול להשפיע על מערכות ביולוגיות”.

“לתוצאות שלנו משמעות רבה משום שזוהי הפעם הראשונה בה מומשה במעבדה מכונת חישוב ביו-מולקולרית סינטטית מסוג מתמר, אשר מסוגלת לבצע חישוב עוקב וגם מייצרת תוצאות חישוב, המוצגות כתכונה ביולוגית חדשה. למרות שהמתמר המוצג בעבודה זו תוכנת לפתור בעיה ספציפית, הגישה בכללותה מאפשרת תכנות מגוון, אשר יכול להיות מיושם לפתרון בעיות אחרות. בנוסף לכוח החישוב המשופר, המתמר מציע יתרונות נוספים, כגון היכולת לקרוא ולשנות מידע גנטי, מזעור מכשירי החישוב לקנה מידה מולקולרי, והיכולת להפיק תוצאות חישוב בעלות השפעה ישירה על יצורים חיים. יישום המערכת החישובית על חומר גנטי יכול לא רק לבדוק ולזהות רצפים ספציפיים, אלא גם לשנות ולעבד את הקוד הגנטי. אפשרות זאת עשויה ליצור הזדמנויות מעניינות בתחום הביוטכנולוגיה ובכלל זה טיפולים גנטים”.

6 תגובות

  1. מחקר זה מדגים את חשיבות עבודת הצוות בינדיסצפלינרי מתמטיקה כימיה ביולוגיה וננוטכנולוגיה ומחשב.
    כדי שנוכל להמשיך בעתיד לפרוץ גבולות הדמיון צריך להשקיע כבר עתה בחינוך היסודי ובוודאי בתיכוני על ידי יצירת ת״ל רב תחומיות. כיום הכימיה נלמדת ללא קשר של ממש לביולוגיה מחשב או המתמטיקה.
    אני יודע כי אתה פרופ קינן רואה חשיבות בחינוך ואולי זו ההזדמנות לפתח תכנית ייחודית לתיכונים ?

  2. שחר זה כבר קורה, בשנים האחרונות שמענו כבר על כמה וכמה פיתוחים מרתקים בכיוון, לדוגמה עיניים ביוניות שמעבירות אותות ממצלמה המותקנת בעין, ישירות למוח, שתלים עבור שמיעה ואפילו ידיים ביוניות המעבירות תחושת מגע ומישוש למוח.

    את כל אחד מהקלטים האלו (שכבר קיימים בגרסאות אב טיפוס שונות) אפשר באופן עקרוני לחבר לכל סוג של חיישן, לדוגמה הקלט עבור העין הביונית יכולה להיות מצלמת אינפרה אדום שתאפשר לאותו אדם לראות בחשיכה מוחלטת, אפשר להחליף את חיישן המגע של היד הביונית בחיישן החש בעוצמה של שדה מגנטי – אין גבול לאפשרויות.

    נדמה לי שחלק מהדוגמאות מוצגות כאן:

    http://multimedia.huji.ac.il/video/outreach/1213/m11.html

  3. מרתק. האם כיוון מחקר זה יוכל להניב בעתיד ממשק ישיר להעברת מידע בין המוח האנושי לבין התקנים חיצוניים? כלומר – האם נוכל סוף סוף לפרוץ את מגבלות אמצעי הקלט-פלט של המוח האנושי, שהיו עד כה חמשת החושים בלבד, ולחבר את המוח ישירות לחיישנים שונים?

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר. שדות החובה מסומנים *

אתר זה עושה שימוש באקיזמט למניעת הודעות זבל. לחצו כאן כדי ללמוד איך נתוני התגובה שלכם מעובדים.