"حتى الآن، تم اقتراح عدة نماذج نظرية لتشفير وإخفاء (إخفاء المعلومات) للمعلومات المعتمدة على الحمض النووي"، يوضح البروفيسور إيهود كنان. "لم يتم اختبار التشفير الجزيئي للصور باستخدام أدوات تجريبية"
قام باحثو التخنيون بتطوير جهاز كمبيوتر بيولوجي، مبني بالكامل من جزيئات الحمض النووي والإنزيمات، والذي يمكن استخدامه لفك تشفير المعلومات المرئية المشفرة على الرقائق.
هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها استخدام الكمبيوتر البيولوجي لتشفير وفك تشفير المعلومات باستخدام جهاز مختبري. وقام الباحثون بتجميع البرمجيات المناسبة، على شكل محاليل كيميائية، تمكنوا من خلالها من فك رموز الصور الفلورية المشفرة، مثل شعار التخنيون أو شعار معهد سكريبس للأبحاث.
تم نشر هذا البحث في المجلة العلمية Angewandte Chemie وأجراه البروفيسور إيهود كينان من كلية الكيمياء شوليخ في التخنيون بالتعاون مع طالب الدكتوراه سيفان شوشاني وطالب ما بعد الدكتوراه الدكتور رون بيرين والدكتور يوآف أرابا من جامعة التخنيون. كلية الأحياء في التخنيون.
يوضح البروفيسور كينان: "حتى الآن، تم اقتراح العديد من النماذج النظرية لتشفير وإخفاء (إخفاء المعلومات) للمعلومات بناءً على الحمض النووي". "لقد تم تحقيق بعضها في سياق تشفير النصوص، لكن التشفير الجزيئي للصور لم يتم اختباره مطلقًا باستخدام أدوات تجريبية، وبالتأكيد ليس باستخدام الأساليب المتعلقة بالكمبيوتر الجزيئي. تعد الطريقة التي تمكنا بها من تشفير الصور على الرقائق المطبوعة بمثابة تقدم كبير في هذا المجال لأنها أثبتت لأول مرة أنه يمكن برمجة آلة حساب جزيئية وتطبيقها في مجال مهم للغاية. إن التقدم المذهل الذي حققته تكنولوجيا شرائح الحمض النووي في السنوات الأخيرة يسمح بطباعة مليون بكسل على سطح صغير مساحته سنتيمتر مربع واحد. وهذا يعني أنه يمكن تشفير الصور المختلفة على مثل هذا السطح بأرقام فلكية، بحيث تكون القدرة على فك شفرتها فقط في أيدي أولئك الذين يملكون البرمجيات المناسبة بين أيديهم".
وفقا لتعريفه الأساسي، فإن الكمبيوتر عبارة عن آلة مبنية من أربعة مكونات: الأجهزة والبرمجيات والإدخال والإخراج. "على عكس الكمبيوتر الإلكتروني، فإن الكمبيوتر الجزيئي الحيوي هو عبارة عن آلة، جميع المكونات المذكورة أعلاه هي جزيئات، والتي "تتحدث" مع بعضها البعض بشكل منطقي في سلسلة من الأحداث الكيميائية، والتي يمكن برمجتها. 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 أجهزة الكمبيوتر الجزيئية الحيوية غير قادرة على التنافس مع أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية من حيث السرعة والكفاءة في المهام الحسابية العادية"، يوضح البروفيسور إيهود كينان. "إن الاهتمام المتزايد بهذه الحواسيب ينبع من مميزاتها التي تتفوق بها على الحواسيب الإلكترونية بطرق أخرى. على الرغم من أن كل خطوة في الحساب الجزيئي تكون أبطأ من حركة الإلكترونات في أجهزة الكمبيوتر المألوفة، إلا أن حقيقة حدوث تريليونات من التفاعلات الكيميائية في وقت واحد تجعل عملية الحساب سريعة جدًا. يوضح العمل الحالي القدرات العالية لتخزين المعلومات وتشفيرها باستخدام جزيئات الحمض النووي بالإضافة إلى القدرات العالية للحساب المتوازي. بالإضافة إلى ذلك، وكما وجدنا في دراسات أخرى أجريت في مختبراتنا، فإن آلات الحوسبة الجزيئية قادرة على التواصل مباشرة مع الأنظمة البيولوجية وحتى مع الكائنات الحية بأكملها لأداء المهام المطلوبة.
تعليقات 14
ر.ح. شبح، شكرا لتعليقك، سأحاول تنفيذه.
يوفال، شكرا جزيلا لك.
(كنت أظن أن هذا المقال كان تمويهًا للحقيقة 🙂 )
آفي بيليزوفسكي
وأنا أقدر لك كثيرا لاستثمارك في هذا الموقع. لكن مع ذلك، لا أعتقد أن إضافة رابط في نهاية المقالة يمثل مشكلة حقًا، كما لا أعتقد أن القراء بحاجة إلى إكمال هذه المهمة.
شكرا.
يوفال، شكرا جزيلا لك!
رائعة، وشكرا جزيلا ليوفال على التوضيح.
الرد على يائير:
بداية، أود التأكيد على أنه ليس من المؤكد أن كل ما أقوله هنا صحيح، لأن معرفتي بعلم الأحياء هي عبارة عن دورتين دراسيتين في التخنيون. ومع ذلك حاولت قراءة المقال (الرابط أدناه). سيكون الأمر غير مفهوم تمامًا لأولئك الذين لم يأخذوا دورة في علم الأحياء، ومفهومًا جزئيًا لأولئك الذين أخذوه فقط. وهذا ما فهمته:
تأخذ شريحة الحمض النووي (مجموعة ثنائية الأبعاد للعديد من جزيئات الحمض النووي)، وتقوم بتشفير الصورة عليها. تتم طباعة الشريحة بأكملها مرة واحدة عندما تكون مشفرة بالفعل، ولكن يتم تشفير كل جزيء على حدة (أي أن كل جزيء يحتوي على معلومات مختلفة).
المهم هو فك تشفير المعلومات باستخدام الكمبيوتر. الكمبيوتر الموصوف بسيط للغاية: جهازان للحالة (جهازان آليان) لكل منهما حالتان. لديك إجمالي 2*2=4 أوضاع، أي أن هذا الكمبيوتر البيولوجي يعادل جهاز كمبيوتر بذاكرة 2 بت.
الإدخال إلى الكمبيوتر هو المصفوفة المشفرة.
الأجهزة التي يُبنى منها الكمبيوتر هي الإنزيمات التي تحلل وتبني الحمض النووي (التقييد والربط)، بالإضافة إلى جزيئات ATP التي تزود الإنزيمات بالطاقة.
يتم التعبير عن البرنامج في جزيئات خاصة (مصممة خصيصًا) تلتصق بالحمض النووي بعد عمل إنزيمات التحلل. إن ارتباط أي جزيء من هذا القبيل بجزيء الحمض النووي يعني انتقال الإنسان الآلي من حالة إلى أخرى (وهذا هو تحقيق وظيفة الانتقال بين الحالات - لأولئك الذين درسوا الآلات الآلية).
تنتهي العملية الحسابية بمجرد وصولك إلى نهاية المدخلات، والتي يتم تشفيرها بواسطة تسلسل معين من القواعد في الحمض النووي.
الناتج الذي يتم الحصول عليه لكل جزيء هو جزيء آخر، والذي يشفر داخله الحالة النهائية للآلة للجزيء الأصلي. لأن كل إنسان هنا له حالتان - هما 2 أو 0 فقط.
أي: في نهاية عملية الحساب، تتلقى كمخرجات مصفوفة من الجزيئات، كل منها يمثل 0 أو 1. تمثل المصفوفة بأكملها نوعًا ما من الصور، وهي الرسالة المشفرة. يمكن رؤية الصورة نفسها (على سبيل المثال) عن طريق إضافة الجين الذي يبعث ضوء الفلورسنت ويرتبط بإحدى الحالتين فقط (وهذا ما فعلوه).
إليكم المقال الأصلي (من المؤسف أن العلماء لم يربطوه هنا في المقام الأول):
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201107156/pdf
وفيما يلي شرح لماهية شريحة الحمض النووي:
http://en.wikipedia.org/wiki/DNA_microarray
المقالة ليست واضحة بالنسبة لي أيضًا، ولكن مما أعتقد أنني فهمته في ذلك الوقت، كان القصد هو أن الكمبيوتر البيولوجي، على عكس الكمبيوتر التقليدي، سيكون لديه القدرة على التواصل الجسدي مع العالم المادي بطريقة أكثر سهولة من جهاز كمبيوتر عادي. كما هو الحال على سبيل المثال في التعرف على المعلومات المرئية وفك تشفيرها وتشفيرها بفضل النشاط الكيميائي للنظام البيولوجي للكمبيوتر (مقارنة بالنشاط الكهربائي في الكمبيوتر العادي - وهو نشاط يتضمن عددًا أقل بكثير من الجزيئات {وبالتالي فهو أيضًا أسرع من كمبيوتر بيولوجي ولكنه أقل استقرارًا وأقل بديهية بالنسبة للمستخدم}).
فقط المتورطين في هذا يمكنهم أن يشرحوا لك. لا أعتقد أن المشاركين لديهم الوقت لتسجيل الدخول وقراءة تعليقاتي أو تعليقاتك.
حسنًا، لا أرى أحدًا سيشرح لك، حسنًا. للصحة
مقال مثير للاهتمام ولكنه غير واضح بعض الشيء..
تفسيرا سيكون مفيدا
وأنا أتفق مع سؤال يائير،
ليس من الواضح حقًا من المقالة ما الذي يتلقاه النظام في النهاية، وما هي النتيجة التي يعود بها.
هل هناك من يرغب في التوضيح؟
"طوّر باحثون من التخنيون حاسوبًا بيولوجيًا، مبني بالكامل من جزيئات الحمض النووي والإنزيمات، والذي يمكن استخدامه لفك تشفير المعلومات المرئية المشفرة على الرقائق"
هل يمكنك الترجمة إلى العبرية من فضلك؟
بعد كل شيء، ما هي المدخلات المقدمة للنظام؟ وما هو الناتج؟
لا تنس أنه في الحالة المذكورة أعلاه - "كمبيوتر يأكل السندويشات"... ربما يتعين على الكمبيوتر أن يتبرز... ويطلق الريح (ليس علينا)...
قريباً سنأكل الكمبيوتر في السندويشات بدلاً من إمداده بالكهرباء..
مثير للإعجاب…
على افتراض أنه يمكن التعامل مع جميع الكائنات البيولوجية على أنها روبوتات بيولوجية تعتمد على الكمبيوتر، فهل يمكن الادعاء بأن البيولوجيا التطورية استنفدت قدرات هذه الحواسيب أثناء التطور (الإرهاق بمعنى أنها أنتجت كل/معظم المكونات التي يمكن إنتاجها وفيها؟) الطريقة المثلى)، وبعد ذلك نحن في الواقع نحاول فقط أن نفهم ذلك؟