Ученые создали из генетически модифицированных бактерий "живой компьютер", способный эффективно решать классическую вычислительную задачу – о сортировке блинов. Результаты работы описываются в статье в журнале Journal of Biological Engineering.
В задаче о сортировке блинов (задаче о горелом блине, Burnt Pancake Problem) имеется стопка блинов разного размера, у каждого блина одна сторона – горелая, другая – золотистая. За одну операцию разрешается перевернуть один или несколько соседних блинов. Надо за как можно меньшее число операций отсортировать стопку по размеру (самый большой блин внизу), при этом все блины должны быть обращены золотистой стороной вверх.
Для решения этой задачи автор Кармелла Хэйнс (Karmella Haynes) и ее коллеги создали аналоговый компьютер из генетически модифицированных бактерий Escherichia coli (кишечная палочка). Аналогом блинов служат сегменты плазмидной ДНК. "Переворачивает" их рекомбиназа Hin/hix, позаимствованная у другого вида бактерий – Salmonella typhimurium.
Когда сегменты выстраиваются в нужном порядке, бактерия приобретает устойчивость к антибиотикам. Время, которое требуется микроорганизмам для того, чтобы прийти к решению, отражает минимальное количество шагов в математическом решении.
"Эта система имеет ряд преимуществ по сравнению с обычными компьютерами, – говорит Хэйнс. – В одной колбе могут находиться миллиарды бактерий, каждая из которых потенциально способна содержать несколько копий ДНК, используемой для вычислений. Такие «бактериальные компьютеры» могут работать параллельно, а это означает, что решение потенциально может быть достигнуто быстрее, чем на обычном компьютере". Кроме того, бактериальные компьютеры могут сами использовать механизмы починки, а также эволюционировать при многократном использовании.
Исследователи подчеркивают, что это первая демонстрация параллельных вычислений на биологическом компьютере, проведенных in vivo, а не in vitro. Отметим, однако, что три года назад принстонские ученые также сообщали об изготовлении похожего компьютера (тоже из E. Coli) – правда, выполнявшего более простые операции.