ПАМЕТ. Първият – в хронологията на създаването – от компютърни компоненти, който позволи приспособяването на клетката за надеждно съхранение на данни. За да разрешат този проблем, изследователите са усвоили ясна схема на взаимодействие между два ензима (фермента), които, когато работят заедно, могат много внимателно да обработят желания фрагмент в последователността на ДНК, като придвижат края на маркера на фрагмента към единия или към другия. С други думи, ензимите показват в коя конкретна посока следва да се чете дадената подпоследователност (и къде е нейният край).

Сега, когато протича процес на нормално четене на ДНК и четенето на конкретен фрагмент върви в една посока, можем да разгледаме този фрагмент като, да речем, „нула - 0“. Ако четенето върви в обратна посока, тогава тази ориентация, съответно, започваме да наричаме „единица - 1“. Благодарение на този подход, молекулата на ДНК, в допълнение към основната си функция в клетката, също се превръща в хранилище на „биотехнологични Битове“, необходими на учените.

Както и при ниската скорост на биокомпютъра, така разположеното съхранение на данни не може да се похвали с огромен капацитет на паметта. Но в ръцете на хора, които разбират какво и защо го правят, дори и скромните параметри на системата ви позволяват да създавате изключително мощни инструменти.

По-специално, чрез разработването на този метод, екипът на Дрю Енди е разработил интелигентен начин за извличане на "своите" данни от клетка, което не изисква отнемащо време ДНК секвениране. Използвайки инженерни методи, учените са направили микробния блясък с различни цветове при ултравиолетова светлина, в зависимост от посоката на битовите точки на паметта.

Ако фрагментът на ДНК изисква четене в една посока, тогава микробът свети в червено. Ако “информационният сектор” е ориентиран в другата посока, микробът свети в зелено. Благодарение на този подход четенето на данните става толкова просто, колкото и самото ултравиолетово просветляване на микробите.

За да стане по-ясно как изглежда прилагането на тази технология в живота, може да си представите микроб, който е програмиран да идентифицира характерния химически подпис за рак на червата. Пациентът, подложен на изследването, взема глътка течност, съдържаща милион или над милион копия от този специално програмиран микроб. И щом влязат в червата, някой от микробите, които се сблъскат с раковите сигнали с неговия детектор и произвеждат специални ензими, необходими за превключване на бита  в паметта си.

Е, тогава, когато микробите в естественото им движение през червата напуснат тялото, изследователите могат да ги осветят, след като са го напуснали с ултравиолетова светлина и веднага откриват дали ракът е намерен във вътрешностите на  пациента или не ...

 

ПРЕДАВАНЕ НА ИНФОРМАЦИЯ. След като се реши задачата за съхраняване на данни (която се оказа най-трудната и изискваше три години за надеждна реализация), Дрю Енди и неговият екип разработиха метод за предаване на данни между клетките. Техните технологии буквално се основават на принципите на вирусното разпространение и използват безвреден вирус M13, който мълчаливо паразитира в бактериите и подхранва живота си по този начин. Една от фазите в живота на М13 е предаване (прихвърляне) на своя геном към други клетки. Технически, това се нарича "стадий на инфекция". Екипът на Анди промени този механизъм в нещо като биологично Wi-Fi излъчване, способно да предаде почти всяка ДНК последователност между клетките.

В известен смисъл тази технология може да се нарече генетичен трик. Обикновено инфекцията с М13 работи като запечатване на собствената ДНК на вируса в кратка генетична последователност - нещо като „генетична предпоставка“. И за да се предаде посланието, от което се нуждаят инженерите, всичко, което се изисква от микробите, е да го добавите под формата на тази опаковъчна последователност. И тогава М13 изпраща пакета навън, към други съседни микроби, без да знае, че съобщението в пакета изобщо не е негова собствена ДНК. Всъщност биоинженерите използвали технологията на паразитите по отношение на самия паразит. В резултат на това стана възможно да се изпращат генетични съобщения между клетките (дълги десетки хиляди символи) и да се направи това избирателно – чрез изпращане на конкретни генетични кодове към специфични клетки в състава на сложната микробиологична общност.

Към днешна дата изследователите разполагат със средства за контролиране на поведението не само на един микроб, но и на цяла клетъчна популация. Например, клетки, трансформирани чрез инженеринг, използващи комуникации на базата на М13, могат да бъдат програмирани да се съгласят за началото на растежа, или, обратно, да спрат растежа, да се групират в клъстери, или, обратно, да се разпространяват в различни посоки. За жив пример за такава работа на биокомпютри, може да си представим ситуация, при която някои микроби, живеещи в човешкото тяло, могат автоматично да включат производството на инсулин в масови количества, веднага щом захарта се открие в тялото на диабетик ...

 

ЛОГИЧЕСКИ ОПЕРЦИИ.  Хронологично, последната функция на екипа на Дрю Енди, реализирана в клетките е двойнствената или булева логика (Булева алгебра), въз основа на която работят повечето съвременни компютри. Съгласно една дълга традиция, същността на работата на двоичната логика е да се изрази на езика на водните клапани. Единица е „истина“ или „ДА“. Нула е „невярно“ или НЕ. Отговор ДА – клапанът е отворен, електроните текат. Отговорът е НЕ - клапанът е затворен, електроните не текат. Работейки (оперирайки) само с тези две състояния, двоичните компютри могат да изпълняват всички задачи, с които в момента са заети.

Чрез прилагането на тази логическа конструкция в жива клетка, изследователите демонстрираха, че възможностите за логика в биологията са безгранични, както и в електрониката. Единствената разлика е, че в биокомпютъра силициевите вентили се заменят с генетични вентили, които се отварят и затварят по подобен начин, за да позволят или блокират потока от информация.  Но вместо електронните носители в този случай, потокът осигурява субстанцията от ензими, които се движат по ДНК веригите. Отговорът е ДА – ензимът тече. Отговорът е НЕ – ензимът не тече. Развивайки това направление, екипът на Енди демонстрира, че на базата на молекулярно-генетични инструменти е възможно да се реализират надеждно биологични еквиваленти за всички основни логически порти на електронното изчисление - операциите AND, XOR и т.н.

 

 

УСИЛВАНЕ или УКРЕПВАНЕ НА СИГНАЛА. Биокомпютърът започва да разкрива своя наистина огромен потенциал само тогава, когато е възможно да се комбинират в него функциите на логиката и трансфера на данни. Е, "биологичният транзистор" може да превърне много малко количество информация в много значителен поток от данни. В електрониката тази трансформация (преобразуване) е известна като усилване на сигнала.

С усилен сигнал можете дори да си спомните, че има много обещания в тока, достатъчно за отваряне или затваряне на вентила, който се контролира от електронния поток. Биологичен транзистор, които биоинженерите нарекли "транскриптор", прави точно същото нещо. Малките промени в експресията на гена могат да доведат до много големи промени в поведението на клетката.

В миналото електронният транзистор е бил замислен и създаден като решение за много специфичен проблем на усилването на сигнала - като ефективна замяна на не много надеждни вакуумни лампи в релейни телефонни разговори на дълги разстояния. Известно е, че електрическите сигнали избледняват, когато пътуват. Чрез усилване на амортизирания сигнал чрез транзистори - или усилватели на сигнали - става възможно той да се предаде по огромни разстояния. От инженерна гледна точка, биологичните системи тук не са коренно различни. И благодарение на транскриптите, генетичните сигнали вече могат да бъдат усилени – докато се движат през клетъчните общности. Технически това осигурява съгласувани координирани действия за много големи клетъчни системи.

 

Както вече беше отбелязано, според най-грубите изчисления, около 10 пъти повече едноклетъчни микроби и бактерии живеят в човешкото тяло и на неговата повърхност, отколкото всички други клетки на нашето тяло взети заедно. Богатият компютърен потенциал на микробите и бактериите, които ни обитават, сега едва започва да се изучава от изследователите.

Както го виждат Енди и неговите сътрудници, дългосрочната цел на подобна работа е да се улесни биологията за инженерството. И колкото повече хора ще работят в тази област, толкова по-осезаем ще бъде успехът. За да стимулира изследванията в тази посока, ученият създаде обществена благотворителна фондация, Фондация БиоБрикс (BioBricks Foundation) и разработи специално споразумение - Общественото споразумение BioBrick Public Agreement, за да улесни свободното развитие и използването на генетичните биокомпютри за всички желаещи.

Съвсем официално Дрю Енди предаде своите транскрипторни и биологични логически достижения в обществено достояние – чрез публичното споразумение BioBrick Public Agreement. Това означава, че всеки може да използва тези технологии по свое усмотрение. Подобна декларация на учените за „биологичния интернет М13“ е вече публикувана. Единствената биокомпютърна технология, която Енди и Станфордският университет са патентовали, е биологичната цифрова памет. Но това не беше направено по търговски причини, а единствено за превантивна „защита за свободата“ на общодостъпния метод.

Както обяснява Дрю Енди, някои други изследователски групи вече са патентовали технологията, заявявайки, че са постигнали подобна цел. Ако учените от Станфорд също имат свои собствени патенти, те, без просто да претендират за патентни права, имат възможност да гарантират, че тяхната технология остава свободна и достъпна за всички. Но ако нямаше патент, тогава някой друг би могъл да декларира правата си върху тази технология и да ограничи използването ѝ – заради собствените си егоистични цели ...

 (Колко чудовищно грозни форми, които практиката на патентоване на биотехнологиите може да предприеме, е описана по-подробно в „Код за свобода“)

Това ако стане...Сега си представих, какво ще стане в целият този енергиен поток в нашия организъм, като приемем едно аналгинче!!! Каква невероятна химическа, физическа, биохимическа и биофизическа и информационна трансформация се извършва чрез такава вулгарна намеса в работата на организма!!! Представих си го само за миг. Продължавай в същия дух.

...да приемаме, че е нормален процесът по производство на инсулин, след откриване на захарта. Това оправдава ли ни, ако сме решили да изядем 5 вафли наведнъж? Да не казваме на хората, че могат да правят каквото си искат, а науката ще им помогне да се замажат простотиите, които са следствие на техните безотговорни действия.