გამოთვლის ანალოგური სქემების გამოყენებით მასაჩუსეტის ტექნოლოგიური ინსტიტუტის მეცნიერებმა შექმნეს ცოცხალი კალკულატორი, რომელსაც ძალუძს ლოგარითმის გამოთვლა და კვადრატული ფესვის ამოღება.
ორიგინალური კალკულატორი ეფუძნება სინთეზურ, ანუ ლაბორატორიაში შექმნილ, ცოცხალ უჯრედებს, რომლებშიც გენები გამოიყენება, როგორც გამოთვლითი მანქანის ელემენტები. ეს გენები მათემატიკურ გაანგარიშებას ასრულებს ანალოგური რეჟიმით, ანუ ანგარიშის პროცესში ხდება მათი შეერთება და გამოყოფა ბუნებრივი ბიოქიმიური ფუნქციების გამოყენებით. იმის წყალობით, რომ გამოიყენება უკვე არსებული უჯრედოვანი მექანიზმები, ცოცხალი კალკულატორი გაცილებით უფრო ეფექტურად მუშაობს, ვიდრე გამოთვლის უცხო, „არაცოცხალ" ციფრულ სქემებთან შეჯვარების მცდელობის შედეგად მიღებული ჰიბრიდი.
ანალოგური გამოთვლა ცოცხალი კალკულატორის მეშვეობით განსაკუთრებით სასარგებლოა, მაგალითად, ციფრულ-ანალოგური სისტემების შესაქმნელად, რომელთა მეშვეობით შეიძლება გარკვეული მოლეკულების ზღვრული კონცენტრაციის აღმოჩენა. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ახალი ტექნოლოგიის საფუძველზე შეიძლება დაავადების ადრეული გამოვლენის მაღალი ეფექტურობის მქონე მეთოდიკის შექმნა.
ცოცხალი კალკულატორის შექმნა დაიწყო იმით, რომ მეცნიერებმა აღმოაჩინეს მსგავსება ანალოგურ ტრანზისტორულ სქემებსა და უჯრედის შიგნით მიმდინარე ქიმიური პროცესების სქემებს შორის. 2011 წელს მოხერხდა დრმ-სა და ცილებს შორის ბიოლოგიური ურთიერთქმედების მოდელირება სულ 8 ტრანზისტორისაგან შემდგარი ელექტრონული სქემის მეშვეობით.
ახალ კვლევაში მეცნიერებმა საწინააღმდეგო გააკეთეს: ანალოგური ელეტრონული სქემები ცოცხალ უჯრედებში გადაიტანეს. ბიოლოგიის შემთხვევაში ანალოგური გამოთვლა უფრო ეფექტურია, ვიდრე ციფრული, განსაკუთრებით მაშინ, როცა საჭიროა გამოთვლის მაღალი სიზუსტე. ცოცხალ უჯრედებში ანალოგური სქემა იყენებს ბუნებრივ უწყვეტ გამოთვლით ფუნქციებს, რომლებიც ბუნებრივ პირობებში უზრენველყოფს უჯრედთა ცხოველმოქმედებას.
მასაჩუსეტის ტექნოლოგიური ინსტიტუტში დამზადებული ცოცხალი კალკულატორი საკმაოდ მარტივად მუშაობს. შეკრების ან გამრავლების ოპერაციისა და უჯრედში ორი ან მეტი შენაერთის საერთო რაოდენობის გამოთვლის უნარის მქონე ანალოგური სქემის შესაქმნელად მეცნიერებმა გამოიყენეს ორი კონტურის შეხამება; თითოეული კონტური ცალკეულ ფაქტორზე რეაგირებს. ერთ სქემაში შაქარი (არაბინოზა) ზემოქმედებს ტრანსკრიფციის ფაქტორზე, რომელიც ააქტიურებს მწვავე ფლუორესცენტული ცილის (GFP) კოდირების გენს; მეორე სქემაში სასიგნალო მოლეკულა AHL აგრეთვე რთავს გენს, რომელიც GFP-ს აწარმოებს. ამრიგად, GFP-ის საერთო რაოდენობის გაზომვით შეიძლება არაბინოზასა და AHL-ის საერთო ჯამის გამოთვლა.
ამ გზით შეიძლება აგრეთვე ისეთი ცოცხალი ანალოგური სქემების შექმნა, რომლებიც შეძლებს გაყოფას, ფესვის ამოღებასა და სხვა გამოთვლების ჩატარებას. ჯერ-ჯერობით ეს სამუშაო გრძელი გზის დასაწყისშია, მაგრამ მომავალში ცოცხალი ანალოგური გამომთვლელი სრულიად ახალ შესაძლებლობებს შექმნის. კერძოდ, მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდება გენების ექსპრესიის გაზომვის, მოლეკულური ზონდირებისა და ცოცხალი უჯრედების მუშაობის მართვის სიზუსტე.
ანალოგური გამოთვლა ცოცხალი კალკულატორის მეშვეობით განსაკუთრებით სასარგებლოა, მაგალითად, ციფრულ-ანალოგური სისტემების შესაქმნელად, რომელთა მეშვეობით შეიძლება გარკვეული მოლეკულების ზღვრული კონცენტრაციის აღმოჩენა. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ახალი ტექნოლოგიის საფუძველზე შეიძლება დაავადების ადრეული გამოვლენის მაღალი ეფექტურობის მქონე მეთოდიკის შექმნა.
ცოცხალი კალკულატორის შექმნა დაიწყო იმით, რომ მეცნიერებმა აღმოაჩინეს მსგავსება ანალოგურ ტრანზისტორულ სქემებსა და უჯრედის შიგნით მიმდინარე ქიმიური პროცესების სქემებს შორის. 2011 წელს მოხერხდა დრმ-სა და ცილებს შორის ბიოლოგიური ურთიერთქმედების მოდელირება სულ 8 ტრანზისტორისაგან შემდგარი ელექტრონული სქემის მეშვეობით.
ახალ კვლევაში მეცნიერებმა საწინააღმდეგო გააკეთეს: ანალოგური ელეტრონული სქემები ცოცხალ უჯრედებში გადაიტანეს. ბიოლოგიის შემთხვევაში ანალოგური გამოთვლა უფრო ეფექტურია, ვიდრე ციფრული, განსაკუთრებით მაშინ, როცა საჭიროა გამოთვლის მაღალი სიზუსტე. ცოცხალ უჯრედებში ანალოგური სქემა იყენებს ბუნებრივ უწყვეტ გამოთვლით ფუნქციებს, რომლებიც ბუნებრივ პირობებში უზრენველყოფს უჯრედთა ცხოველმოქმედებას.
მასაჩუსეტის ტექნოლოგიური ინსტიტუტში დამზადებული ცოცხალი კალკულატორი საკმაოდ მარტივად მუშაობს. შეკრების ან გამრავლების ოპერაციისა და უჯრედში ორი ან მეტი შენაერთის საერთო რაოდენობის გამოთვლის უნარის მქონე ანალოგური სქემის შესაქმნელად მეცნიერებმა გამოიყენეს ორი კონტურის შეხამება; თითოეული კონტური ცალკეულ ფაქტორზე რეაგირებს. ერთ სქემაში შაქარი (არაბინოზა) ზემოქმედებს ტრანსკრიფციის ფაქტორზე, რომელიც ააქტიურებს მწვავე ფლუორესცენტული ცილის (GFP) კოდირების გენს; მეორე სქემაში სასიგნალო მოლეკულა AHL აგრეთვე რთავს გენს, რომელიც GFP-ს აწარმოებს. ამრიგად, GFP-ის საერთო რაოდენობის გაზომვით შეიძლება არაბინოზასა და AHL-ის საერთო ჯამის გამოთვლა.
ამ გზით შეიძლება აგრეთვე ისეთი ცოცხალი ანალოგური სქემების შექმნა, რომლებიც შეძლებს გაყოფას, ფესვის ამოღებასა და სხვა გამოთვლების ჩატარებას. ჯერ-ჯერობით ეს სამუშაო გრძელი გზის დასაწყისშია, მაგრამ მომავალში ცოცხალი ანალოგური გამომთვლელი სრულიად ახალ შესაძლებლობებს შექმნის. კერძოდ, მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდება გენების ექსპრესიის გაზომვის, მოლეკულური ზონდირებისა და ცოცხალი უჯრედების მუშაობის მართვის სიზუსტე.
Комментариев нет:
Отправить комментарий