ETH araştırmacıları CRISPR-Cas9-tabanlı çift çekirdek işlemcisini insan beynine entegre etmeyi başardı. Böylece biyo-bilgisayar üretimi için büyük bir adım atılmış oldu. Dijital dünyadan ilham alınarak üretilmiş bir modelle gen değişimlerini kullanarak genlerin getirdikleri özellikleri dışa vuruşlarını yani gen ekspirasyonunu kontrol etmek sentetik biyolojinin temel amaçlarından biri. Dijital teknoloji verileri işlemek için, devreler oluşturarak ‘Mantık Kapıları’ isimli tekniği kullanır. Örneğin C çıktısı yalnızca A ve B girdileri aynı anda var olduğunda elde edilebilir. Biyoteknologlar hücrelerde gen değişimi sağlamak için benzer bir devre oluşturma tekniği oluşturmayı denediler. Bu yolda bazı dezavantajları vardı. Yeterince esnek değillerdi, aynı anda yalnızca bir kodu ve girdi olarak yalnızca tek bir spesifik metabolik girdiyi işleyebiliyorlardı. Hücre içinde denenecek bu daha karmaşık işlemler belirli koşullarda başarılı olabiliyordu ve başarısızlık ihtimali her zaman daha yüksekti. Dijital dünyada bu devreler elektron biçimdeki tek bir girdiye bağlıdır. Bilgisayarlar devredeki bu eksikliği saniyede 1 milyon girdi işleyerek hızlarıyla telafi edebilir. Hücreler bilgisayarlara nazaran çok daha yavaş olsalar da saniyede 100,000 girdi işleyebilirler. Hücresel bilgisayarlar henüz insan metabolizmasının bu muazzam veri işleme kapasitesine ulaşamadı.
BİYOLOJİK BİLEŞEN İŞLEMCİSİ
Basel’deki ETH Zürih Biyosistem Bilimi ve Mühendisliği Bölümünde Biyoteknoloji ve Biyomühendislik Profesörü MartinFussenegger tarafından yönetilen bir ekip, farklı programlama türlerini kabul eden esnek bir çekirdek işlemcisi veya merkezi işlem birimi (CPU) oluşturmak için biyolojik bileşenleri kullanmanın bir yolunu buldu. İşlemci ETH Zürih’teki bilim insanları taradından CRISPR-Cas9 sistemi temel alınarak üretildi ve bu işlemci aynı anda birden fazla RNA biçimindeki kodu işleyebiliyor. İşlemcinin çekirdeğini Cas9 isimli proteinin değişik bir formu oluşturuyor. Buna karşılık olarak girdiler RNA serileri tarafından taşınıyor ve merkezi işlem birimi genlerin nasıl ifade edileceğini düzenliyor, sonucunda da belirli proteinler üretiliyor. Bu yaklaşımla bilim insanları insan hücrelerinde ölçeklenebilir devreler oluşturarak yarı dijital toplayıcılar oluşturarak 2 girdi ve 2 çıktıyla tek haneli binary kodları oluşturabilir.
GÜÇLÜ BİRÇOK ÇEKİRDEKLİ VERİ İŞLEMCİSİ
Biliminsanları bir adım daha ileri gittiler ve bilgisayarlardakine benzer, iki çekirdeği tek bir hücrede birleştiren biyolojik çift çekirdekli bir işlemci ürettiler. Bunun için iki farklı bakterideki CRISPR-Cas9 proteinlerini kullandılar. Fussenegger birden fazla çekirdeğe sahip olan ilk hücresel bilgisayarı ürettiklerini ifade etti. Biyolojik bilgisayar aşırı küçük olmakla birlikte teoride istenen herhangi bir boyuta dönüştürülebilir. ‘Milyonlarca çift çekirdekli hücreye sahip bir mikrodoku hayal edin. Bu bilgisayarsal uzuvlar enerjinin yalnızca küçük bir kısmını kullanarak süper-bilgisayarların çok daha ötesine ulaşabilir.’ dedi Fussenegger.
TEŞHİS VE TEDAVİ UYGULAMALARI
Hücresel bilgisayarlar vücuttaki sinyalleri ve kimyasal belirteçleri okuyup işleyerek ona uygun cevabı oluşturabilir. Doğru şekilde programlanmış bir ana işlem birimiyle bu bilgisayarlar 2 farklı girdiden ortak bir sonuç çıkarabilir. Mesela yalnızca A belirtisi varsa bilgisayar buna uygun teşhis molekülünü ya da uygun ilacı oluşturabilir. Yalnızca B belirtisi varsa bilgisayar buna göre programlamalar yapar ama 2 belirteç aynı anda mevcutsa bilgisayar 3. bir cevap oluşturur. Kanser gibi olgularda gerekli tıbbi cevabı oluşturmuş olur. Fussenegger’a göre bu bilgisayarak geri bildirimleri entegre ederek hastalıkları önelemek için gerekli önlemleri alabilecek. Örneğin B maddesinin vücutta belirli bir süredir bulunması kanser metastazının göstergesiyse bilgisayar buna göre maddeler salgılayıp metastazın önüne geçebilecek.
ÇOK ÇEKİRDEKLİ İŞLEMCİLERİN ÜRETİMİ MÜMKÜN
‘Hücresel bilgisayar devrimsel bir fikir gibi görünse de durum aslında öyle değil. İnsan vücudu zaten büyük bir bilgisayar. Zamanın başlangıcından beri metabolizmamız, binlerce hücrelerimizde bilgi işleme gücü üretiyor.‘ diyor Fussenegger. Hücrelerimiz dışarıdan aldığı girdileri işleyip ya kimyasal ya da biyolojik çıktılar oluşturuyor. ‘Süper bilgisayarların aksine bunu yapmak için tek ihtiyacıysa bir dilim ekmek.’ Fussenegger’in bir sonraki amacıysa çok çekirdekli bir hücresel bilgisayar üretip, iki çekirdekli hücresel bilgisayardan daha fazla bilgi işleme gücü oluşturmak.
Editör / Yazar: Şeyma SÜRÜCÜ
Kaynak: https://www.ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2019/04/biosynthetic-dual-core-cell-computer.html?fbclid=IwAR3q197pqz1IS0ZUTnUZXlCXQssEWi5Zckf25rl9j58tlKpvG5CD5RqA8qg
