برنامج النسخ

جهاز النسخ هو جهاز يشبه الترانزستور ، ويتكون من الحمض النووي DNA والحمض النووي الريبي RNA بدلاً من مادة شبه موصلة مثل السيليكون . قبل اختراعه في عام 2013، كان يُعتبر جهاز النسخ مكونًا مهمًا لبناء الحواسيب البيولوجية . ^{[ 1 ]}

لكي يعمل الحاسوب الحديث، يحتاج إلى ثلاث قدرات أساسية: تخزين المعلومات ، ونقلها بين مكوناته، وامتلاك نظام منطقي أساسي . ^{[ 2 ]} قبل مارس 2013، نجح العلماء في إثبات القدرة على تخزين البيانات ونقلها باستخدام مكونات بيولوجية مصنوعة من البروتينات والحمض النووي . ^{[ 2 ]} وقد تم إثبات وجود بوابات منطقية بسيطة ثنائية الأطراف ، لكنها تطلبت طبقات متعددة من المدخلات، وبالتالي كانت غير عملية بسبب صعوبات التوسع. ^{[ 3 ]}

في 28 مارس/آذار 2013، أعلن فريق من مهندسي الأحياء من جامعة ستانفورد ، بقيادة درو إندي ، عن ابتكارهم ما يُعادل الترانزستور بيولوجيًا، وأطلقوا عليه اسم "الناسخ". أي أنهم ابتكروا جهازًا ثلاثي الأطراف مزودًا بنظام منطقي قادر على التحكم في مكونات أخرى. ^{[ 2 ] [ 3 ]} ينظم الناسخ تدفق بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA) عبر شريط الحمض النووي (DNA) باستخدام توليفات خاصة من الإنزيمات للتحكم في حركته. ^{[ 1 ]} ووفقًا لعضو المشروع جيروم بونيه، "يُعد اختيار الإنزيمات أمرًا بالغ الأهمية. لقد حرصنا على اختيار إنزيمات تعمل في البكتيريا والفطريات والنباتات والحيوانات، بحيث يُمكن هندسة الحواسيب الحيوية داخل مجموعة متنوعة من الكائنات الحية." ^{[ 1 ]}

تستطيع أجهزة النسخ محاكاة بوابات AND و OR و NOR و NAND و XOR و XNOR التقليدية ببوابات مكافئة ، أطلق عليها إندي اسم "بوابات منطق التكامل البولياني (BIL)"، وذلك في عملية أحادية الطبقة (أي دون الحاجة إلى نسخ متعددة من البوابات الأبسط لبناء بوابات أكثر تعقيدًا). ^{​​[ 2 ] [ 3 ]} ومثل الترانزستور التقليدي، يمكن لجهاز النسخ تضخيم إشارة الإدخال. ^{[ 1 ]} ويمكن لمجموعة من أجهزة النسخ إجراء أي نوع من العمليات الحسابية تقريبًا، بما في ذلك العد والمقارنة. ^{[ 2 ] [ 4 ]}

أتاح ستانفورد تصميم بوابة BIL للعموم ، مما قد يُسرّع من اعتمادها. ^{[ 1 ]} ووفقًا لإندي، كان باحثون آخرون يستخدمون هذه البوابات بالفعل لإعادة برمجة عملية الأيض عندما نشر فريق ستانفورد بحثه. ^{[ 4 ]}

لا تزال الحوسبة باستخدام أجهزة النسخ بطيئة للغاية؛ إذ قد تستغرق بضع ساعات بين استقبال إشارة الإدخال وإنتاج المخرجات. ^{[ 5 ]} شكك إندي في أن الحواسيب الحيوية ستكون يومًا ما بنفس سرعة الحواسيب التقليدية، لكنه أضاف أن هذا ليس هدف بحثه. وقال: "نحن نبني حواسيب ستعمل في أماكن لا يعمل فيها هاتفك المحمول". ^{[ 2 ]} يمكن للأجهزة الطبية المزودة بحواسيب بيولوجية مدمجة مراقبة سلوك الخلايا، أو حتى تغييره، من داخل جسم المريض. ^{[ 1 ]} يكتب موقع إكستريم تك :

مع ذلك، فإن إمكانات الحواسيب البيولوجية الحقيقية هائلة. نحن نتحدث أساسًا عن حواسيب كاملة الوظائف قادرة على استشعار محيطها، ثم التحكم في خلاياها المضيفة للقيام بأي شيء تقريبًا. يمكن استخدام الحواسيب البيولوجية كنظام إنذار مبكر للأمراض، أو ببساطة كأداة تشخيصية  ... يمكن للحواسيب البيولوجية أن تُصدر أوامر لخلاياها المضيفة بالتوقف عن إنتاج الأنسولين، أو ضخ المزيد من الأدرينالين، أو إعادة إنتاج بعض الخلايا السليمة لمكافحة المرض، أو التوقف عن التكاثر في حال اكتشاف السرطان. من المرجح أن تُغني الحواسيب البيولوجية عن استخدام العديد من الأدوية الصيدلانية. ^{[ 1 ]}

قال جاي كيسلينج، مهندس الكيمياء الحيوية في جامعة كاليفورنيا في بيركلي، إن جهاز النسخ "يُظهر بوضوح قوة البيولوجيا التركيبية، ويمكن أن يُحدث ثورة في كيفية استخدامنا للحوسبة في المستقبل". ^{[ 4 ]}

• جيروم بونيه؛ بيتر يين؛ مونيكا إي. أورتيز؛ باكبوم سوبسونثورن؛ درو إندي (28 مارس 2013). "تضخيم بوابات المنطق الجيني". مجلة ساينس . 340 (6132): 599-603 . رمز Bibcode : 2013Sci...340..599B . doi : 10.1126/science.1232758 . PMID 23539178. S2CID 206546590 .  - مقالة بحثية أصلية، نُشرت في مجلة ساينس
• فيديو توضيحي من إعداد درو إندي
• مقال من NPR يتضمن سلسلة من الصور المتحركة التي تشرح كيفية عمل جهاز النسخ
• إتاحة تقنية بوابات BIL للجمهور