Юный техник, 2011 № 05 - Журнал «Юный техник»

Тогда из генетически модифицированных клеток бактерий студенты старших курсов Университета Западного Миссури создали произвольный многогранник, в котором требовалось провести беспрерывную линию между вершинами. Органический компьютер справился с этой задачей. Колония бактерий стала разрастаться, и через несколько дней, благодаря встроенным в клетки флуоресцирующим генам, правильно выбранный путь Гамильтона вскоре стал светиться желтым цветом. Руководитель научной группы Джордан Баумгарднер уверен, что это только начало.

«Наше исследование в первую очередь показывает, насколько сильна и могущественна синтетическая биология, — сказал он. — Мы нашли ей применение в математике, в то время как она может оказаться полезной и в медицине, экологии, энергетике…»

А доктор Тодд Эк даль из того же университета отметил еще одну сторону проводимых опытов. «Эксперименты с бактериями очень зрелищны и позволяют заинтересовать молодежь, привлечь ее к занятиям математикой и биологией», — сказал он.

В настоящее время ученые заняты усовершенствованием своего изобретения. Они уверены, что уже следующее поколение бактериальных компьютеров будет действовать быстрее, обзаведется большими вычислительными способностями и поможет решить еще множество других математических задач, которые не поддаются обычному вычислительному анализу.

Особый упор авторы исследования делают на применение бактерий в криптографических системах. Если микроорганизмы смогут считывать разные нелинейные алгоритмы, полагают они, то их можно будет использовать для кодирования и декодирования информации, создания уникальных ключей для шифрования.

Еще одно применение микроскопическим биокомпьютерам из ДНК, РНК и белков человека нашли исследователи Гарвардского и Принстонского университетов. Они сделали свой шаг к созданию биологических компьютеров, которые смогут контролировать состояние и деятельность даже отдельной клетки организма.

Такие биокомпьютеры состоят полностью из ДНК, РНК и белков. В каждой живой клетке есть все компоненты, необходимые для создания подобного устройства. В данном случае ученые использовали РНК клеток почек человека для создания «молекулярного компьютерного центра». Информация на входе такого вычислительного устройства — это белки и химические вещества, находящиеся в цитоплазме клетки. А на выходе — особые сигнальные молекулы, которые надежно распознает лабораторное оборудование.

Электронные ДНК — наше ближайшее будущее.

Один из создателей биокомпьютера, Яков Бененсон, так прокомментировал возможности, которые открываются перед учеными и врачами: «Подобные компьютеры способны преобразовать сложную информацию о состоянии клетки, которое является результатом активной работы множества генов, в отчетливо различимый сигнал. Это единственная на сегодня возможность прямого контроля состояния отдельной клетки…»

Биокомпьютеры могут быть использованы как для маркирования больных клеток, так и для последующего их лечения. Более того, исследователь и его коллеги полагают: достаточно запустить специальную генетическую программу, и наш организм сможет под ее руководством самостоятельно строить биокомпьютеры по мере надобности. Далее они смогут контролировать состояние клеток и сообщать о нем врачу, а также направлять лекарства только к больным клеткам и тканям, не затрагивая здоровые.

И наконец, в американском космическом агентстве НАСА проходит проверку уникальная технология, разработанная датскими учеными. Она получила неофициальное название «электронная ДНК».

«Мы придумали новый тип компьютера, который не требует наличия специального центрального процессора. Вместо этого он работает с сетью небольших клеток, выполняющих роль этого самого процессора. Эти клетки получают сигналы от электронной ДНК на определенной частоте и исполняют полученные инструкции.

Если одна из биологических клеток погибает, другие могут занять ее место», — сказал один из разработчиков, Д. Мэдсен. Таким образом, компьютер способен «самовосстанавливаться» и обеспечивать практически бесперебойную работу», — добавил он.

Исследователь полагает, что такой подход позволит резко повысить безотказность вычислительных систем. Использовать же эту разработку имеет смысл там, где особенно важна способность бесперебойной работы компьютеров, к примеру, во время долгих космических полетов.

И.ЗВЕРЕВ

ПАМЯТЬ ПАЛОЧКИ

Всего лишь 1 грамм бактерий кишечной палочки (E.coli) способен заменить 450 жестких дисков с объемом памяти 2 Тб каждый. К такому выводу пришли исследователи из Китайского университета Гонконга. Во всяком случае, ныне они работают над созданием биологической компьютерной памяти. Не исключено, что когда-нибудь домашние компьютеры будут снабжены контейнерами с кишечными палочками, что позволит им по количеству хранимой информации не уступать современным специализированным центрам», — говорят ученые.

Исследователи выяснили, что ДНК этих бактерий прекрасно подойдут в качестве долговременных хранилищ данных. Дело в том, что в геноме кишечной палочки используется лишь часть информации. Именно на неиспользуемые участки и будут записывать информацию для дальнейшего хранения.

Исследователи уже пробовали кодировать на этих участках свои имена, адреса электронной почты и т. д.

ДНК бактерий E.coli можно будет использовать в качестве долговременной памяти.

При этом выяснилось, что бактерии в процессе деления передают информацию своим потомкам, обеспечивая таким образом хранение данных в течение долгого срока.

Впрочем, биосистему придется еще серьезно совершенствовать, поскольку считывать сохраненные данные пока очень хлопотно и происходит это слишком медленно по сравнению с современными технологиями хранения данных. Да и запись сведений на ДНК не происходит в том виде, как это представляется обычным пользователям современных компьютеров, — создал файл, сохранил.

Тут процесс сложный, длительный, осуществимый только в условиях лаборатории. Ведь происходит не запись как таковая, а синтез последовательности нуклеотидов, которые подсаживаются в геном бактерии. Но это, как уже говорилось, имеет и свои преимущества. Информация затем может храниться тысячелетиями — до тех пор, пока будет существовать популяция бактерий.

ПОДРОБНОСТИ ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ

Из-под воды да в небо

История эта давняя. Еще Жюль Верн в романе «Робур-завоеватель» описал транспортное средство, которое могло передвигаться по суше, воздуху, воде и под водой. С той поры прошло немало времени, но мечта эта так и не осуществлена. Это не значит, что таких попыток вовсе не предпринималось. Кое-чего инженерам добиться все же удалось.

Еще в 1916 году известный немецкий авиаконструктор Э. Хейнкель спроектировал и построил маленький биплан W-200, который можно было быстро разобрать и укрыть на борту подводной лодки.

Это, конечно, была еще далеко не та машина, о которой мечтали морские и воздушные асы. Скорость самолета составляла всего лишь 120 км/ч, радиус полета — не более 40 км. Кроме того, вскоре Германии, потерпевшей поражение в Первой мировой войне, было запрещено иметь совершенную военную технику.

И тогда на сцену выступили американцы. Они заказали немецкому конструктору Хейнкелю, оставшемуся не у дел, два компактных самолета V-1, которые также можно было бы хранить внутри подлодки. Интерес к подобным машинам стали проявлять также в Англии, Италии, Франции, Японии… Весть об этих работах дошла и до Советского Союза.

В начале 30-х годов известный конструктор «летающих лодок» И. Четвериков предложил свой вариант самолета для подводных лодок. Конструкция понравилась морякам, и в 1933 году они приступили к постройке сразу двух машин нового типа. Год спустя одна из них была отправлена в Севастополь для испытаний. Летчик А. Кржижевский совершил несколько полетов, показавших, что машина хорошо держится в воздухе. Пилот даже установил в 1937 году на этой машине мировой рекорд, развив на дистанции 100 км скорость 170,2 км/ч.

Однако специалисты все-таки посчитали машину непригодной для использования в военно-морских силах СССР. Возможно, потому, что в обстановке строжайшей секретности в стране велись работы по созданию «летающей подлодки».

Дело в том, что в 1934 году курсант Высшего морского инженерного училища им. Дзержинского Б. Ушаков представил схематический проект такого аппарата в качестве курсовой работы. Идея показалась интересной, и в июле 1936 года проект был рекомендован для дальнейшего совершенствования.