Пекин, 8 октября 2024 года — Ученые из команды Санграма Бага Саха Института ядерной физики в Калькутте, Индия, успешно разработали генетически модифицированные бактерии, способные функционировать как микрокомпьютеры. Результаты их исследований, опубликованные в последнем номере журнала Nature Chemical Biology, демонстрируют, что такие бактерии могут распознавать простые числа, гласные буквы и даже вычислять оптимальное количество частей для равного деления пиццы.
Команда исследователей внесла генетические изменения в штамм кишечной палочки E. coli, что позволило бактериям объединяться и решать поставленные задачи. Эти измененные бактерии функционируют аналогично нейронам, образуя модульную систему, напоминающую конструкцию LEGO. Несмотря на отсутствие многоклеточной организации, бактерии работают совместно как единый многоклеточный организм.
В традиционных компьютерах информация передается в виде двоичных сигналов (0 и 1) при помощи низких и высоких напряжений. В биокомпьютерах же, разработанных учеными, для передачи данных используются химические вещества. Наличие или отсутствие трех различных химических веществ заменяет двоичные цифры. В результате, генетически модифицированные бактерии реагируют на химические стимулы, излучая зеленый или красный флуоресцентный свет. Таким образом, они могут отображать результаты вычислений, например, показывать, является ли число простым или гласной буквой, а также оценивать количество равных частей для деления пиццы.
Каждый "нейрон" из бактерий имеет длину всего 2–5 микрометров и оснащен собственной химической энергией. Такие биокомпьютеры значительно превосходят традиционные микросхемы по размерам и стоимости. Благодаря способности к самовоспроизведению, их можно массово производить по низкой цене.
Ранее исследователи смогли создать искусственные нейронные сети на основе одноклеточных организмов, однако пока не было примеров программируемых биокомпьютеров, способных решать множество различных задач. Новое исследование демонстрирует создание биокомпьютера, архитектура которого напоминает однослойные искусственные нейронные сети, являющиеся основой крупных языковых моделей, таких как ChatGPT.
Авторы исследования планируют продолжить работу над улучшением функциональности биокомпьютеров, исследовать фундаментальные свойства детерминированного хаоса и применять биотехнологические решения для решения задач в области вычислительной биологии и биоинформатики.