Hunter

Matematikai feladvánnyal is megküzdenek a baktériumok

Első alkalommal sikerült egy matematikai fejtörőt élő, baktériumok alkotta számítógéppel megoldani. Bár az E. coli baktériumokon alapuló számítógép inkább csak egy koncepció igazolása, mint gyakorlatban is alkalmazható eszköz, egy nap eljöhet az élő számítógépek ideje is, mivel bennük rejlik a lehetőség, hogy a szilícium alapú számítógépeknél gyorsabban oldják meg az összetett matematikai problémákat.

"A DNS számítási adottságai messze meghaladják minden más anyagét" - mondta Karmella Haynes, a tanulmány vezetője, az amerikai Davidson College kutatója. "Ha sikerül kideríteni, hogyan növelhetjük a gyakorlati kapacitásukat, akkor sokkal nagyobb számítási teljesítmény állna a rendelkezésünkre"

Az E. coli számítógép a "megégett palacsinta problémát" oldotta meg, ami így szól: Képzeljük el, hogy egy étterem tulajdonosaiként van egy jókora tál palacsintánk, mind különböző méretűek, abban azonban megegyeznek, hogy az egyik oldaluk aranybarna, míg a másik kissé megégett. A cél egy piramis létrehozása, azaz a legnagyobb palacsintának kell legalulra kerülnie, majd nagyság szerint szép sorban következik a többi, egészen a legkisebbig, ennek kell a halom tetejére kerülnie. Ezenfelül, hogy mutatós legyen, a piramis összes palacsintájának az aranybarna oldalával felfelé kell lennie. A rendezgetést egy lapáttal végezhetjük el, bárhol benyúlhatunk a kupacba, viszont ha felemeljük, akkor csak egy fordítás árán tudjuk visszahelyezni a palacsintákat a tálra, ami egyrészt a sorrendet, másrészt a megégett oldal hollétét is változtatja. A cél természetesen a lehető legkevesebb forgatással elérni a kívánt vevőcsalogató sorrendet.

Ha csak három-négy palacsintánk van, akkor viszonylag egyszerű a megoldás, számuk növekedésével azonban rohamosan nő a lehetséges megoldások száma. Hat palacsintával már 46080 lehetséges megoldás van, míg tizenkettő esetében 1,9 billió. Nincs egyenlet ami megadná a megoldást, ezért a palacsinták összes lehetséges elrendezését végig kell próbálnia a számítógépnek.

Egy hagyományos szilícium alapú számítógép végig is megy az összes megoldáson, egy biológiai alapú rendszerben azonban minden baktérium egy külön kis számítógép, melyek csak egy-egy részén dolgoznak a problémának, ezt viszont egyszerre, egymással párhuzamban teszik. Mivel egy egymillió baktériumból álló számítógép egyetlen vízcseppben elfér, együttes munkájuk hihetetlen mértékben fel tudná gyorsítani a számításokat. A párhuzamos számítások mellett a baktériumok elméletileg alkalmazhatnak javító mechanizmusokat is, és képesek lehetnek a feladat ismétlődésével egyenes arányban fejlődni a probléma megoldásában.

Az E.coli persze nem palacsintákat forgat, hanem DNS-ének egy-egy szakaszát, a forgatáshoz használt "lapát" pedig egy protein, a flagellin, amit egy másik baktériumtól, a szalmonellától vettek kölcsön és injektáltak az E. coli baktériumba. A szalmonellában a flagellin ki/be kapcsolóként tevékenykedik, meghatározva, hogy két protein közül melyiket kell termelnie a baktériumnak az elrejtőzéshez, ezáltal az életbemaradáshoz, amikor megfertőz egy organizmust. A számítógép esetében a proteinek ellenállóvá teszik az E. coli baktériumokat egy antibiotikummal szemben, ami szintén az élő számítógép része, ezzel szűrik ki a rossz megoldásokat, a flagellin ugyanis csak akkor aktiválódik és tartja életben a baktériumokat, amennyiben megfejtik a problémát.

Ha egy baktérium rossz megoldást ad, például nem a megfelelő sorrendbe fordítja a palacsintákat, az antibiotikum megöli. Eddig a számítógépnek egy két palacsintás feladványt sikerült megoldania, ami valljuk meg nem túl bonyolult. Haynes szerint nagyon nehéz olyan baktériumot létrehozni, ami lényegesen nagyobb számú palacsintával is megoldja a problémát, viszont ha sikerül, akkor egy rendkívül olcsó számítástechnikai erőforráshoz juthatunk, reprodukálásukhoz csak egy kanál cukor kell.

A bakteriális szuperszámítógépekre azonban, mint oly sok ígéretes dologra, még várnunk kell. Tom Knight, az MIT szintetikus biológusa szerint a bakteriális számítógép a biológiai számítások terén bír majd nagy jelentőséggel, ez azonban korántsem jelent összetett számításokat, például képes lesz megmondani a kutatóknak hányszor találkoztak egy bizonyos kémiai anyaggal. "Ettől még nem fog gyorsabban futni az Xboxunk" - mondta Knight.

Hozzászólások

A témához csak regisztrált és bejelentkezett látogatók szólhatnak hozzá!
Bejelentkezéshez klikk ide
(Regisztráció a fórum nyitóoldalán)
  • Epikurosz #96
    Tessenek megverekedni!
    Mi majd tapsikolunk. :-))
  • dez #95
    Más a helyemben rég magasról tenne rád, miután jól kiröhögött. Ezzel szemben én próbálom elmagyarázni neked, miről is van szó, stb. Eközben te vagy nem vagy hajlandó, vagy nem vagy képes azt megérteni (azért csak nem jár bünti, hogy ezt egy idő után szóvá teszem), ehelyett éppen hogy te szajkózod, hogy haladzsa, haladzsa. És még én feszítem ama húrt? Szerintem éppen hogy te próbálsz itt felhúzni az értetlenséggel, és a többivel, mint sokszor mást (az eddigi büntieidet is mind mások "miatt" kaptad szerintem). De úgy tűnik, beláttad, hogy ez nem fog menni. :)
  • willcox #94
    Tévedés. Amikor már végképp elhatalmasodik rajtad a nagyképűség és a sértegetés, és ugyanazt a halandzsát szajkózod, akkor már tovább nincs kedvem veled társalogni. Addig feszíted a húrt, amíg a másik is ír valami keményebbet, és persze meg is kapja érte a büntit. Te meg sosem. Ebben a kisded játékban én nem veszek részt, nem szerzem meg neked ezt az örömöt. Más örömöd szerintem úgysincs.
  • dez #93
    Uncsi, hogy mindig ezt írod, amikor már végképp nem tudsz semmi értelmeset írni.
  • willcox #92
    Halandzsa és sértegetés, ez a módszered. A nagyképű hülyeségeidre nem vagyok kíváncsi tovább.
  • dez #91
    Ja, úgy van, csak éppen nem erről volt szó.

    ps. úgy látszik, túl sok hülyeséget olvasol mostanában, kezdesz hülyülni... :(
  • dez #90
    "miért nem rögtön az atomok?" -- Azért, kedves műveletlen fórumtársam, mert atomokból állnak az élettelen anyagok is. Élő anyag viszont nincs proteinek nélkül, amik aminosavakból épülnek fel. Azok az építőkövei. Azért.

    "Egyébként bármelyik aminosav önmagában semmi. Sőt, génsebészek akár elkezdhetnének építgetni, de attól még nem lesz élő anyag. Én ezért tartom a DNS-t a legfontosabbnak."

    Persze, hogy az a legfontosabb, de az nem építőkő, hanem az építési terv (pontosabban vázlat, mert a pontos kivitelezésben már az intelligencia is részt vesz, lásd pl. érhálózat eltérő az egypetéjű ikreknél is, stb.).

    "- vagy csak még nem tudják." -- Nem vagy, mert magam is jeleztem, hogy egy kis részükről kiderülhet, hogy mégis van valami funkciója. Viszont nem szükségszerű, főleg hogy az összesről kiderüljön, mivel inkább arról van szó, hogy az évszázmilliók alatt elvesztették a funkciójukat, de az öröklődési mechanizmusok másolják őket tovább és tovább.

    "miféle bármilyen okból?" -- Hát mondom, basszus, hogy vagy el sem olvastad azt a bekezdést, vagy nem értetted meg. Fuss neki távolabbról, hátha...

    "- na persze. De ha valamilyen hiba miatt pusztul el, akkor a hiba a többit is érinti, vagyis mindegyik elpusztul. Amelyik meg nem, ott a hiba (hibás programozás) nem érvényesül, és hamis eredményt ad."

    Ez kiderül az eredmény visszaellenőrzésekor.

    "már megint több mérettel nagyobb az arcod. Fel sem merül benned, hogy esetleg te látod rosszul?" -- De felmerül, de aztán 1 mp után újfent rájövök, hogy nem ez a helyzet, hanem az ellenkezője, viszont benned láthatóan nem merül fel... Ezért valójában neked nagy az arcod, csak nem szokásod tükörbe nézni.
  • Epikurosz #89
    "Én ezért tartom a DNS-t a legfontosabbnak."

    És ez így is van!
  • willcox #88
    "Nem, az élő anyag (legfontosabb) építőkövei az aminosavak." - miért nem rögtön az atomok? Egyébként bármelyik aminosav önmagában semmi. Sőt, génsebészek akár elkezdhetnének építgetni, de attól még nem lesz élő anyag. Én ezért tartom a DNS-t a legfontosabbnak.

    "Ezen kívül ott vannak szunnyadó gének, amiknek eleddig nem látható semmi funkciója" - vagy csak még nem tudják.

    "Elég, ha bármilyen okból módosul" - miféle bármilyen okból?

    "Ha egy elpusztul, ott van még a többi x milliárd" - na persze. De ha valamilyen hiba miatt pusztul el, akkor a hiba a többit is érinti, vagyis mindegyik elpusztul. Amelyik meg nem, ott a hiba (hibás programozás) nem érvényesül, és hamis eredményt ad.

    "Fuss neki mégegyszer, hátha sikerül valamit mégis megértened belőle." - már megint több mérettel nagyobb az arcod. Fel sem merül benned, hogy esetleg te látod rosszul?
  • dez #87
    És te mit is akarsz kinyögni? :P