# במכון ויצמן פותח מחשב ביולוגי הניתן לתכנות

> בעתיד הרחוק יסעו מחשבים ביולוגיים בתוך הגוף שלנו, יאתרו תאים סרטניים ויפעלו נגדם. המחקר הנוכחי, שפורסם בכתב העת נייצ'ר ננוטכנולוגי' מציע גירסה אפשרית לממשק תכנותי למחשבים אלה קבוצה בראשות פרופ' אהוד שפירא במכון ויצמן התקדמה שלב נוסף בפיתוח מחשבים ביולוגיים. במאמר חדש, שמתפרסם היום בכתב-העת המדעי Nature Nanotechnology, מתארים פרופ' שפירא, תום רן ושי קפלן, כיצד עלה בידם לפתח מחשבים ננו-ביולוגיים "שחושבים בהיגיון". העיקרון של שרשרת ההסקות שמחשב ננו-ביולוגי עתידני…

- Canonical: https://www.hayadan.org.il/programble-biological-computing-0408091
- Author: מכון ויצמן
- Published: 2009-08-04T00:15:34+03:00
- Modified: 2009-08-04T22:07:56+03:00
- Sections: מיחשוב ביולוגי, ננו טכנולוגיה
- Topics: אהוד שפירא, מיחשוב ביולוגי, מכון ויצמן, ננוטכנולוגיה

## Article

בעתיד הרחוק יסעו מחשבים ביולוגיים בתוך הגוף שלנו, יאתרו תאים סרטניים ויפעלו נגדם. המחקר הנוכחי, שפורסם בכתב העת נייצ'ר ננוטכנולוגי' מציע גירסה אפשרית לממשק תכנותי למחשבים אלה קבוצה בראשות פרופ' אהוד שפירא במכון ויצמן התקדמה שלב נוסף בפיתוח מחשבים ביולוגיים. במאמר חדש, שמתפרסם היום בכתב-העת המדעי Nature Nanotechnology, מתארים פרופ' שפירא, תום רן ושי קפלן, כיצד עלה בידם לפתח מחשבים ננו-ביולוגיים "שחושבים בהיגיון". העיקרון של שרשרת ההסקות שמחשב ננו-ביולוגי עתידני זה עושה בו שימוש, מוכר מן העבר הרחוק – מדובר ביישום עיקרון לוגי שהציע הפילוסוף היווני אריסטו לפני יותר מ-2,000 שנה: "כל בני-האדם הם בני תמותה. סוקרטס הוא בן-אדם. מכאן, שסוקרטס הוא בן תמותה". מחשב מולקולרי שניתן לתכנות שכוח החישוב שלו הוא מוגבל. הכיוון הוא לא הלעות שלו אלא היכולת של המערכות לבצע אינטראקציה עם מולקולות ביולוגיות והאפליקציות העתידיות שלהם הם אפליקציות רפואיות ולא חישוביות פרופר. פרופ' שפירא וחברי קבוצת המחקר שלו במכון ויצמן למדע, פיתחו בעבר מערכת חישוב ננו-ביולוגית שטריליון כמותה יכולות לפעול בנוחיות בטיפת תמיסה בודדת. מחשבים ננו-ביולוגיים ראשוניים אלה היו מסוגלים לבצע חישובים פשוטים כמו בדיקת רשימה של ספרות "אפס" ו"אחד", ולמצוא, למשל, האם מספר הפעמים שבהם מופיעה ברשימה הספרה "אחד" הוא זוגי. גירסה מתקדמת יותר של המחשב הננו-ביולוגי, שפיתחו פרופ' שפירא וחברי קבוצת המחקר שלו במכון ויצמן למדע, כבר הייתה מסוגלת לזהות – במבחנה – מולקולה המעידה על התחוללותו של תהליך סרטני, ובתגובה, שיחררה תרופה שבלמה את התהליך. הפעם הם התקדמו צעד נוסף והטמיעו במחשבים שלהם לוגיקה פסוקית. בשיחה עם אנשים ומחשבים, הסביר פרופ' שפירא כי הלוגיקה הפסוקית שהיא גרסה מנוונת של שפת התכנות פרולוג, מאפשרת לשאול שאלות מורכבות. כאשר מדעני מכון ויצמן הכניסו למערכת החישוב הננו-ביולוגית שלהם כלל (דוגמת "כל בני-האדם הם בני תמותה"), ועובדה (דוגמת "סוקרטס הוא בן-אדם"), ואז שאלו את המחשב הננו-ביולוגי שאלה (דוגמת "האם סוקרטס הוא בן תמותה?"), ענה המחשב על השאלה בחיוב. המדענים המשיכו ויצרו שאלות מורכבות יותר, שכללו מספר כללים ועובדות שונות, והתקני החישוב הננו ביולוגיים, העשויים ממולקולות של די-אן-אי ואנזימים שונים, הצליחו לחשב ולמצוא את התשובות הנכונות, פעם אחר פעם. באותה עת, יצרו מדעני המכון גם מהדר מיוחד – תוכנה המסוגלת לגשר בין שפת מחשב ידידותית לבין צופן החישוב של המחשב הננו-ביולוגי. שימוש במהדר איפשר להם להקליד את השאלה כך: "בן תמותה(סוקרטס)?". כדי לחשב את התשובה, מקטעים שונים של די-אן-אי שייצגו כללים, עובדות ושאלות, נאספו באמצעות מערכת רובוטית. בין המולקולות שנאספו, בוצע בשלב זה חיפוש היררכי, במטרה לזהות התאמה גנטית בין מקטעים שונים. התשובה של המחשב הננו-ביולוגי הוצפנה בהבזק אור ירוק: חלק מגדילי הדי-אן-אי נקשרו לחלבון שזוהר בצבע ירוק באופן טבעי, שהוצמד לחלבון שחוסם את האור. אנזים מיוחד שנמשך לאתר של מה שמוגדר כ"תשובה נכונה" מסיר את החלבון החוסם ומאפשר לאור של החלבון הראשון לזהור. טיפות התמיסה שהכילו את הנתונים הננו-ביולוגיים הללו הצליחו בדרך זו לענות נכונה על שאלות מסובכות, כאשר התשובות המורכבות ניתנו באמצעות הבזקי אור בגוונים שונים. כיום, פיתוחם של המחשבים הננו-ביולוגיים מתקדם במקביל בשני מסלולים. הכיוון האחד, "רופא בתוך התא", מדבר על עתיד שבו מיליארדי מחשבים ננו-ביולוגיים יסיירו בתאי גופנו ויבלמו מחלות עוד לפני שפרצו, ולפני שאנו עצמו מודעים לסכנתן וכמובן, לשפר את יכולת האיבחון במעבדה, מחקרי המסלול השני חותרים לשיכלול הביצועים החישוביים של המחשבים הננו-ביולוגיים. האם אנו בדרך למחשב ביולוגי כללי? "זה לא מחשב כללי במובן שהוא לא מכונת טורינג אלא במובן שהוא ניתן לתכנות בנסיבות שכל אוטומט סופי יכול לעשות. באפליקציה הראשונה שהדגמנו במבחנה – לא בתאים חיים, הספיק כוח חישוב מאוד פשוט (אוטומט סופי), עכשיו יש לנו משהו יותר מתוחכם – לוגיקה פסוקית,. התחושה שלי היא שהבעיה העיקרית באפליקציות ביולוגיות היא שעיקר ההשגים לא יבואו מחיזוק יכולת החישוב של המחשב אלא מחיזוק היכולת שלו לפעול בתוך גוף האדם או בתוך תאי אדם במבחנה. בשנים האחרונות התפרסמו מאמרים רבים המתארים ניסויים בהם הודגמה יכולת חישוב בתוך תאים או באמצעות תאים (תכנתו חיידקים שיוכלו לבצע את החישוב). המחקר הנוכחי לא עוסק בכך כי לא הצלחנו לגרום לכך שהמחשב, העובד בסביבה חיידקית יעבוד גם בסביבת תאים של בעלי חיים, מסיבות טכניות ביוכימיות. עם זאת הבאנו כיוון אפשרי לתכנות, אם בסופו של דבר, המחשב שלנו יעבוד בצורה מוצלחת בתאים – הראינו כיוון או דרך איך לתכנת אותו בצורה יותר מוצלחת."