البروفيسور رامز دانيال من كلية الهندسة الطبية الحيوية في التخنيون والبروفيسور رون فايس من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا يقدمان: الأنشطة الحسابية المعقدة في الخلايا الحية
تحويل الخلايا البكتيرية إلى شبكات عصبية تقوم بمهام معقدة – ولهذا الإنجاز، والذي نشر في مجلة نيتشر كوميونيكيشنزالبروفيسور رامز دانيال من كلية الهندسة الطبية الحيوية في التخنيون وزملاؤه في التخنيون ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا هم المسؤولون.
تمكن باحثو التخنيون ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا من برمجة الخلايا البكتيرية لتعمل كشبكات عصبية قابلة للتدريب. والمفاتيح، في هذه الحالة، عبارة عن جينات موضوعة على وحدات من الحمض النووي تسمى البلازميدات. وباستخدام خوارزميات جينية مخصصة طورها الباحثون، تمكنوا في نهاية المطاف من إنتاج بكتيريا تعتبر أجهزة كمبيوتر ذكية.
"الخلايا الحية هي أيضًا وحدات حسابية، ومن نواحٍ عديدة تكون وحدات الحساب هذه أكثر كفاءة بكثير"، يوضح البروفيسور دانييل. "البكتيريا، التي تطورت على مدى مليارات السنين من التطور، تقوم بعمليات معقدة للغاية مثل انقسام الخلايا، واستهلاك العناصر الغذائية والتخلص من النفايات. على عكس أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية، التي يتم بناؤها باستخدام مفاتيح رقمية بسيطة فقط (0، 1)، يوجد في الخلية الحية أيضًا مكونات تناظرية بالإضافة إلى حلقات تغذية مرتدة تنتج تحكمًا مستمرًا في الحسابات المختلفة. كل هذا يسمح للخلية بأداء مهام معقدة بينما تستهلك طاقة قليلة جدًا."
وفي العمل الحالي، قام الباحثون ببناء دوائر جينية مستوحاة من الشبكات العصبية. تعمل الجينات الموجودة في هذه الدوائر على تشغيل وإيقاف بعضها البعض بناءً على التحفيز الخارجي. النتيجة: بكتيريا مبرمجة يتم استخدامها شبكة عصبية يمكن تدريبها بواسطة الخوارزميات الجينية. تشمل التطبيقات مجالات مختلفة بما في ذلك الطب والإلكترونيات الجديدة وتحديد المواد الخطرة.
أجرى البحث بالتعاون مع البروفيسور دانيال والبروفيسور رون فايس من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وباحثي التخنيون الدكتورة منى حبيب والدكتورة لونا رزق من كلية الهندسة الطبية الحيوية والدكتور لويس دانيال من كلية الهندسة الكهربائية وهندسة الكمبيوتر في فيتربي. ووفقا للبروفيسور دانييل، فإن "الجمع بين الباحثين من عالمي الإلكترونيات والبيولوجيا التركيبية مكّن من تحقيق النتائج المعروضة في المقال المنشور في مجلة Nature Communications".
تركز أبحاث البروفيسور دانيال في العقد الماضي على تحويل البكتيريا إلى وحدات حسابية. ووفقا له، فإن إنشاء أجهزة كمبيوتر ذكية على الخلايا الحية ينطوي على إمكانات هائلة، وتقوم مجموعة أبحاث البروفيسور دانيال بالفعل بدراسة التطبيقات المحتملة مثل تحديد المواد السامة وعلاج السرطان والأمراض المعوية عن طريق الفيروسات المعدلة وراثيا.
تم دعم البحث من قبل مؤسسة عائلة نويباور، والمؤسسة الوطنية للعلوم (ISF)، والاتحاد الأوروبي (برنامج هورايزون 2020)، ومركز لوري لوكي متعدد التخصصات لعلوم الحياة والهندسة، ووكالة DARPA.
لمقال في مجلة Nature Communications
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
