Калькулятор на живых клетках

18.05.2013

Используя аналоговые схемы вычисления, ученые из Массачусетского технологического института создали живой калькулятор, способный вычислять логарифмы и извлекать квадратные корни.

Оригинальный калькулятор основан на синтетических, то есть созданных в лаборатории, живых клетках, в которых гены используются, как элементы вычислительной машины. Эти гены выполняют математические расчеты в аналоговом режиме, то есть соединяются и разделяются в процессе счета, используя природные биохимические функции. Благодаря тому, что применяются уже существующие клеточные механизмы, живой калькулятор работает гораздо эффективнее, чем гибриды, которым пытаются привить чужеродные "неживые" цифровые схемы вычислений.

Аналоговые вычисления с помощью живого калькулятора должны быть особенно полезны, например, для создания цифро-аналоговых систем, обнаруживающих пороговую концентрацию определенных молекул. Другими словами, на основе новой технологии можно создать высокоэффективные методики раннего выявления заболеваний.

Создание живого калькулятора началось с того, что ученые обнаружили сходство между аналоговыми транзисторными схемами и схемами химических процессов, которые происходят внутри клетки. В 2011 году даже удалось смоделировать биологические взаимодействия между ДНК и белками с помощью электронной схемы из всего 8 транзисторов.

В новой работе ученые сделали обратное: перенесли аналоговые электронные схемы в живые клетки. Аналоговые вычисления в случае биологии являются более эффективными, чем цифровые, особенно когда не требуется высокая точность вычислений. Аналоговые схемы в живых клетках используют природные непрерывные вычислительные функции, которые в естественных условиях обеспечивают жизнедеятельность клеток. Например уровень глюкозы в живых клетках служит аналогом тока или напряжения в электронной схеме.

Работает живой калькулятор, созданный в MIT, довольно просто. Чтобы создать аналоговую схему, способную складывать или умножать и вычислить общее количество двух или более соединений в клетке, исследователи использовали сочетание двух контуров, каждый из которых реагирует на отдельный фактор. В одной схеме сахар (арабиноза) воздействует на фактор транскрипции, который активирует ген, кодирующий зеленый флуоресцентный белок (GFP). Во второй схеме сигнальная молекула AHL также включает ген, который производит GFP. Таким образом, измеряя общее количество GFP, можно вычислить общую сумму арабинозы и AHL.

Подобным образом можно создавать живые аналоговые схемы, способные делить, извлекать квадратные корни и проводить другие вычисления. Пока эта работа лишь в начале длинного пути, но в будущем живые аналоговые вычислители откроют совершенно новые возможности. В частности значительно улучшится точность измерения экспрессии генов, молекулярного зондирования и управления работой живых клеток.

<< Назад: Германан - соперник графена 18.05.2013

>> Вперед: Прототип квантовой памяти 17.05.2013

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Власть является ключевым фактором счастья в отношениях 11.03.2026

Исследования семейных и романтических отношений показывают, что длительное счастье пары зависит не только от привычных факторов, таких как доверие, уважение и преданность, но и от более тонких психологических аспектов. Современные ученые ищут закономерности, которые отличают действительно счастливые пары от остальных, чтобы понять, какие механизмы поддерживают гармонию в отношениях. Группа исследователей из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге и Бамбергского университета провела опрос среди 181 пары, которые состояли в совместных отношениях более восьми лет и прожили вместе хотя бы месяц. Участники заполняли анкету, описывая различные аспекты своих отношений, включая распределение обязанностей, эмоциональную поддержку и степень вовлеченности в совместные решения. Анализ данных показал интересный паттерн: пары, где оба партнера ощущали высокий уровень личной власти, оказывались наиболее счастливыми и удовлетворенными. В данном контексте под властью понимается способност ...>>

Защищенная колонка-повербанк Anker Soundcore Boom Go 3i 11.03.2026

Компания Anker представила новую модель линейки Soundcore - колонку Soundcore Boom Go 3i, ориентированную на активное использование на улице. Новинка отличается высокой степенью защиты: корпус соответствует стандарту IP68, что обеспечивает водо- и пыленепроницаемость, а ударопрочный дизайн выдерживает падение с высоты до одного метра. За качество звука отвечает 15-ваттный драйвер, обеспечивающий пик громкости до 92 дБ, а технология BassUp 2.0 усиливает низкие частоты, делая звучание более насыщенным. Колонка обладает автономностью до 24 часов, а LED-индикатор позволяет контролировать уровень заряда батареи. Кроме того, Soundcore Boom Go 3i может выполнять функцию павербанка: согласно внутренним тестам, устройство способно зарядить iPhone 17 с нуля до 40% за один час, что делает его полезным аксессуаром в походах и поездках. Среди функциональных особенностей модели стоит выделить технологию Auracast, которая улучшает подключение и позволяет создавать стереопару из двух колонок ...>>

Раннее воздержание от алкоголя перестраивает мозг и иммунитет 10.03.2026

Алкогольная зависимость - хроническое расстройство с компульсивным употреблением спиртного, которое влияет не только на поведение, но и на функционирование мозга и иммунной системы. Недавние исследования показали, что даже на ранних этапах воздержания организм начинает перестраиваться, открывая новые возможности для терапии зависимости. Ученые сосредоточились на пациентах, находящихся в первые недели абстиненции, и зафиксировали значительные изменения в мозговой активности. С помощью функциональной магнитно-резонансной томографии они выявили перестройку сетей нейронных связей, отвечающих за контроль импульсов и принятие решений. Эти изменения могут быть ключевыми для восстановления самоконтроля и снижения риска рецидива. Одновременно с нейронной перестройкой исследователи наблюдали колебания иммунной системы. В крови повышался уровень цитокинов - сигнальных белков, регулирующих воспалительные процессы. Эти данные свидетельствуют о существовании нейроиммунного взаимодействия, при ...>>

Жесткий диск Seagate 44 ТВ 10.03.2026

С ростом объемов данных, обрабатываемых крупными компаниями и дата-центрами, требования к накопителям резко увеличиваются. Seagate анонсировала начало поставок новейших жестких дисков Exos емкостью 44 ТБ, которые обещают сочетание рекордного объема и высокой производительности, благодаря передовой платформе Mozaic 4+ и технологии термомагнитной записи HAMR. Платформа Mozaic 4+ включает десять магнитных пластин, каждая из которых имеет емкость более 4 ТБ. В сумме это позволяет получить общий объем накопителя 44 ТБ - рекордный показатель для современных HDD. В сочетании с вращением шпинделя на скорости 7200 оборотов в минуту это обеспечивает скорость передачи данных порядка 300 МБ/с, что делает диск подходящим для работы с большими массивами информации. Seagate отмечает, что использование Exos повышает общую эффективность систем хранения примерно на 47%. Для корпоративных клиентов это означает сокращение занимаемой площади под кластеры на 9 квадратных метров и снижение годового эне ...>>

Скука - двигатель перемен 09.03.2026

Современная жизнь редко оставляет человеку время на простое ощущение скуки. С развитием цифровых технологий и постоянным доступом к социальным сетям мы стремимся мгновенно развлекать себя, избегая пауз, когда ум может быть свободен от внешних раздражителей. Между тем, новое исследование показывает, что скука выполняет важную роль в психическом здоровье и может стимулировать личностное развитие. Часто скука воспринимается как негативное состояние, которое хочется немедленно устранить. Однако психологи отмечают, что именно моменты, когда человеку становится по-настоящему скучно, могут побудить к поиску нового хобби, пересмотру жизненных приоритетов или появлению свежих идей. Это состояние открывает пространство для саморефлексии и внутреннего роста. Исследователи из Университета Бата и Тринити-колледжа показали, что привычка уходить в социальные сети в моменты скуки мешает человеку достигать "максимальной скуки". В результате стимулируется лишь поверхностное отвлечение, которое не ...>>

Случайная новость из Архива Осы могут узнавать друг друга 22.03.2021 Бумажные осы-полисты - весьма обширная и распространенная группа общественных насекомых. Пережевывая древесину, они получают бумагу, из которой строят гнезда для семейства, обычно из нескольких десятков или сотен особей. Их общественная жизнь сложна и разнообразна, полисты способны запоминать и узнавать друг друга "в лицо", по часто неразличимым для нас деталям головы и окраски. Более того, как показали эксперименты с американскими полистами Polistes fuscatus, этот механизм у них работает так же, как у нас. Люди распознают лица друг друга не столько по ярким деталям, сколько по его виду в целом, воспринимая образ "холистически". Мы вряд ли узнаем отдельно взятый нос или подбородок даже давнего знакомого, но легко заметим эти особенности как часть целого лица. Так же "холистически", целостно распознают друг друга и осы. Ученые из Мичиганского университета - провели опыты с американскими бумажными осами Polistes fuscatus. Для начала они сфотографировали несколько особей, после чего отредактировали снимки, получив изображения, идентичные по виду тела (ножкам, антеннам и так далее), но слегка различающиеся формой и размерами отдельных деталей на морде. Подопытных насекомых приучили воспринимать один портрет в качестве "негативного героя", ударяя слабым током каждый раз, когда демонстрировалось его изображение. Второй портрет не сопровождался разрядами и воспринимался "позитивным". Далее их усаживали в центр коробки, в одном конце которой находился снимок "злодея", в другом - "друга", и после нескольких секунд, которые давались на узнавание, выпускали, следя за тем, в какую сторону полетит оса. Как и можно было ожидать, насекомые двигались прочь от угрожающего "лица", к "дружественному". Однако далее ученые стали частично закрывать изображение - так, чтобы видны были лишь отдельные детали. Полисты переставали распознавать портреты и двигались в ту или иную сторону случайным образом. По мнению ученых, это демонстрирует холистичность, целостность их восприятия "лиц" друг друга. Отдельная деталь ничего не говорит насекомым, "работая" лишь в общем контексте.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026