Бактериальные компьютеры решают математическую задачу

Американские исследователи создали «бактериальные компьютеры», способные решать сложные математические задачи. Результаты работы, опубликованные в открытом доступе в Journal of Biological Engineering (BioMed Central), доказывают, что вычисления в живых клетках возможны, открывая путь для ряда приложений. Эти компьютеры второго поколения демонстрируют возможность применения подхода к другим сложным вычислительным проблемам.

Исследовательская группа из четырёх преподавателей и 15 студентов-бакалавров отделений биологии и математики Университета Миссури Вестерн Стейт и Дэвидсон-колледжа (США) модифицировала ДНК бактерий Escherichia coli, создав бактериальные компьютеры для решения классической математической задачи — Задачи о гамильтоновом пути.

Исследование развивает предыдущую работу, опубликованную в том же журнале годом ранее, в которой бактериальные компьютеры решали «Задачу о подгоревших блинчиках».

Задача о гамильтоновом пути определяет, существует ли в сети маршрут от начальной до конечной точки, проходящий через все остальные точки ровно по одному разу. Исследователи изменили генетические цепи бактерий, чтобы те могли найти гамильтонов путь в графе из трёх узлов. Бактерии, успешно решившие задачу, сигнализировали об этом, флуоресцируя одновременно красным и зелёным светом, что давало жёлтые колонии.

Синтетическая биология использует методы молекулярной биологии, принципы инженерии и математическое моделирование для создания генетических цепей, дающих живым клеткам новые функции. «Наше исследование добавило более 60 частей в Реестр стандартных биологических деталей, доступных для всего сообщества синтетической биологии, включая новые разделённые гены красного и зелёного флуоресцентных белков», — сказал Джордан Баумгарднер, недавний выпускник Университета Миссури и первый автор статьи. «Эта работа — ещё один пример мощности и динамичности синтетической биологии. Мы использовали её для решения математических задач; другие находят применение в медицине, энергетике и экологии. У синтетической биологии большой реальный потенциал».

По словам доктора Экдаля, ответственного автора статьи, синтетическая биология открывает новые возможности для междисциплинарной исследовательской подготовки студентов. «Мы убедились, что синтетическая биология — отличный способ вовлечь студентов в исследования, связывающие биологию и математику. Наши студенты на собственном опыте учатся ценить пересечение традиционных дисциплинарных границ».