מחשבים ביולוגיים נמצאים בפיתוח כבר לא מעט שנים, אך הבעיות שבדרך השאירו אותם בתחום המדע היותר בדיוני. זאת עד שחוקרים מאוניברסיטת סטנפורד נכנסו לתמונה
ביו-מהנדסים באוניברסיטת סטנפורד השלימו את פיתוח החלק האחרון בפאזל המורכב שיאפשר בניית מחשבים ביולוגיים.
הטרנזיסטור הביולוגי (שער לוגי) שהם פיתחו נקרא "טרנסקריפטור", מורכב מחומרים גנטיים (RNA ו-DNA), וגודלו מיקרוסקופי (חלקיק ממולקולת DNA) מה שמאפשר לו לפעול בתוך תאים חיים (בינתיים בקטריה מהונדסת משמשת למטרה זו).
המהירות בה עובדים מחשבים מבוססי DNA היא מטעה אם מסתכלים עליה מנקודת מבט של מחשבים אלקטרוניים "רגילים". בעוד המחשבים שלנו יודעים לכתוב ולקרוא מיליוני ומיליארדי ביטים של מידע בשנייה, כתיבת חומר גנטי נעשית במהירות של כ-1000 ביטים לשניה (המהירות בה משוכפל המידע הגנטי בתא חי של בקטריה) – וזה עוד מהיר פי עשר מאשר בתא גוף אנושי!
ככה בערך הבקטריות נראות דרך מיקרוסקופ אלקטרוני |
אך הכוח של המחשבים הביולוגיים הוא לא במהירות של כל תא, אלא בריבוי התאים עצמם. כאשר אנחנו מסתכלים על מקסימום של כ-8 ליבות למחשבים שולחניים כיום, במחשב מבוסס DNA מדובר במיליארדי תאים שיכולים לבצע משימה אשר פורקה לגורמים תוך שבריר מהזמן הנדרש במחשוב הנוכחי. ואז המהירות של כל תא בנפרד פחות משמעותית מאשר המהירות הכוללת.
הטרנסקריפטור יתקשר עם החומר הגנטי ויוכל לתת לו הוראות. החוקרים מעריכים כי יוכלו (בין השאר) לתת פקודות לתאים סרטניים כך שיפסיקו להתרבות, להפוך תאים מסוג אחד לסוג אחר ועוד. אך החשוב מכל, החוקרים מאמינים כי יצליחו להטמיע מחשבים כאלה בבעלי חיים וצמחים בעתיד. (אולי גם באנשים..?)
וזוהי צורתו של גדיל DNA |
את ההוראות לרכיב הביולוגי החוקרים מעבירים באמצעות שילובים מיוחדים של אנזימים מהונדסים גנטית דרך שני גנים אשר שולטים על זרימת ה-RNA לאורך גדיל ה-DNA, זאת בדומה לדרך שבה טרנזיסטורים אלקטרוניים שולטים בזרם חשמלי בדרכו במעגל.
כמו כן, באמצעות שילוב מספר טרנסקריפטורים, הצליחו החוקרים לייצר סדרה שלמה של שערים לוגיים מסוגים שונים (AND, NAND, OR, XOR, NOR, and XNOR). תודות לריבוי האפשרויות, יתאפשרו חישובים מסוגים שונים בתוך התאים.
כך מפעילים החוקרים אנזימים בכדי להשפיע על מולקולת הטרנסקריפטור |
בפברואר האחרון, פורסם מחקר מאת חוקרים אחרים במסצ'וסטס שעובדים על נושא דומה ופיתחו מערכת המשלבת זכרון ויכולת עיבוד בתאים חיים, אך היא פחות מתקדמת מהנוכחית.
שימוש בחומר גנטי למטרות אחסון נעשה בעבר (גם בסטנפורד), ואף דווח כאן, אך פיתוח אחרון זה מביא את הפיסה החסרה לפאזל, ויוצר מהפיכה אמיתית בדרך למחשוב זול, חסכוני (ביותר) באנרגיה, ובסדרי גודל של נפח ויכולות עיבוד שלא היכרנו בעבר.
עם זאת, אל תצפו למחשבים קטנטנים שיגיעו בתוך חיות פרוותיות בזמן הקרוב. הדרך עדיין ארוכה לקראת יצירת מחשב שלם ופועל בשיטה זו. עם זאת, סביר מאוד שנתחיל לראות חיישנים העובדים ברמת התא ומספקים מידע על שינויים קטנטנים בסביבתו שלא ניתן היה לקבל בעבר.
החוקרים מסטנפורד החליטו לחלוק את הפיתוח עם העולם והעלו חלקים מהמחקר שלהם לאתר באינטרנט. הדבר יאפשר למוסדות מחקר אחרים לעבוד יחדיו ולשתף פעולה בדרך לייצור מהיר יותר של אב טיפוס עובד למחשב ביולוגי ראשון מסוגו.
קשה להפריז בחשיבותו של מחקר זה ותרומתו לקידום טכנולוגיית המחשוב בעולם ולמדע בכלל. עם זאת, יש לזכור שכיום ברשותנו כבר כוח מחשוב דיי עצום, תודות למחשוב ענן ולאינטרנט, והניצול שלו עדיין תלוי בתוכנה אשר תחכומה לא התקדם באותה מהירות כמו זו של החומרה עליה היא רצה.
גם אם נגיע לאבן הדרך החשובה של מחשוב ביולוגי עובד, האם תהיה ברשותנו היכולת לעשות בו שימוש חשוב ומשמעותי למין האנושי? או שאולי פשוט נוכל להריץ את "קרייסיס 20" בצורה חלקה?
ספרו לנו מה דעתכם בתגובות!