نجح باحثو التخنيون في تطوير حاسوب بيولوجي يعرف كيفية تلوين البكتيريا

"تثير أجهزة الكمبيوتر البيولوجية اهتمامًا كبيرًا في المجتمع العلمي ليس لأنهم يتوقعون أن هذه الآلات ستكون قادرة على التنافس مع أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية من حيث سرعة الحساب والكفاءة والقوة الحسابية"، يوضح البروفيسور إيهود كنان من كلية الكيمياء في التخنيون.

قام باحثون من التخنيون بتطوير جهاز كمبيوتر بيولوجي، مبني من جزيئات الحمض النووي والإنزيمات ويمكن أن يسبب ظواهر بيولوجية. هذه هي المرة الأولى التي تؤدي فيها عملية حسابية جزيئية إلى سمة مرئية للحيوان. خلال هذه الدراسة، حدد الكمبيوتر لون البكتيريا: أزرق أو أبيض. ذكرت ذلك المجلة العلمية ChemBioChem.
"تثير أجهزة الكمبيوتر البيولوجية اهتماما كبيرا في المجتمع العلمي ليس لأنهم يتوقعون أن هذه الآلات ستكون قادرة على التنافس مع أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية من حيث سرعة الحساب والكفاءة والقوة الحسابية"، يوضح البروفيسور إيهود كينان من كلية الكيمياء في التخنيون. "الميزة الرئيسية لأجهزة الكمبيوتر الجزيئية الحيوية ترجع بشكل أساسي إلى قدرتها على التواصل مباشرة مع الأنظمة البيولوجية وحتى مع الكائنات الحية. وذلك لأن جميع مكونات الكمبيوتر البيولوجي، بما في ذلك الأجهزة والبرمجيات والمدخلات والمخرجات، هي جزيئات تشارك في سلسلة من الأحداث الكيميائية المبرمجة مسبقًا.
يوضح البروفيسور كينان، الذي أجرى البحث مع عميد كلية التكنولوجيا الحيوية والهندسة الغذائية في التخنيون، البروفيسور يوفال شاهام، ومع الماجستير إليزابيتا كوسوي وميخال صوراني ومع الدكتورة نوع رافيد، أنه وفقا لتعريفه الأساسي، الكمبيوتر عبارة عن آلة تتكون من أربعة مكونات: الأجهزة والبرمجيات والإدخال والإخراج. جميع أجهزة الكمبيوتر التي نعرفها هي أجهزة كمبيوتر إلكترونية، أي آلات يكون الإدخال والإخراج فيها عبارة عن إشارات إلكترونية، وأجهزتها عبارة عن مجموعة من المكونات المعدنية والمواد البلاستيكية والأسلاك الكهربائية والترانزستورات والمكثفات وغيرها، في حين أن البرمجيات عبارة عن مجموعة من التعليمات التي تعطى للآلة من خلال الإشارات الإلكترونية. ويقول: "على عكس الكمبيوتر الإلكتروني، هناك آلات تكون فيها هذه المكونات الأربعة عبارة عن جزيئات". "على سبيل المثال، جميع الأنظمة البيولوجية وحتى الجسم الحي بأكمله هي في الواقع أجهزة كمبيوتر من هذا النوع. يشكل كل واحد منا حاسوبا بيولوجيا جزيئيا، أي آلة تكون فيها جميع المكونات المذكورة أعلاه عبارة عن جزيئات، "تتحدث" مع بعضها البعض بطريقة منطقية. تعد كل من الأجهزة والبرامج الخاصة بالكمبيوتر البيولوجي جزيئات بيولوجية معقدة، والتي تنشط بعضها البعض في تفاعلات كيميائية محددة. المدخلات عبارة عن جزيء يخضع لمعالجة معينة، أي تغيرات كيميائية، وفقًا لقوانين محددة مسبقًا. إن نتيجة الحساب، أو مخرجات هذا الكمبيوتر، هي أيضًا جزيء محدد."
"إن عملنا البحثي هو خطوة إلى الأمام، لأنه يوضح أن آلة الحوسبة المصممة بشكل صحيح (في الحالة الحالية، آلة تسمى الإنسان الآلي المحدود)، يمكن أن تخلق مخرجات في شكل خاصية بيولوجية فريدة، في حين تتواصل مباشرة مع الكائنات الحية الكائنات. وستكون الخطوات التالية في هذا الطريق الطويل هي إدخال نظام الكمبيوتر بأكمله إلى الخلايا الحية أو إلى الأنسجة الكاملة. وقد أعلن مؤخراً عن خطوة مهمة إلى الأمام في هذا الاتجاه الدكتور جاكوب بينانسون وشركاؤه في جامعتي هارفارد وبرينستون. تؤكد الأعمال البحثية لكلا المجموعتين على الإمكانات الكامنة في استخدام آلات الحوسبة الجزيئية الحيوية لتلبية احتياجات تشخيص الأمراض وعلاجها تلقائيًا.