הקלט הוא הדלק

 

 

חמישים שנה לאחר גילוי המבנה הדו-סלילי של החומר הגנטי, DNA, מציעים מדענים ממכון ויצמן שימוש חדש במולקולה הזאת, העומדת בבסיס תופעת החיים: דלק להפעלת מערכות חישוב מולקולריות. כמו כל מכונה אחרת, גם מחשבים זקוקים לאספקת אנרגיה שוטפת לצורך פעילותם. מחשבים אלקטרוניים, למשל, צורכים חשמל. לעומת זאת, מערכת החישוב המולקולרית, שהוצגה לפני כשנה על ידי פרופ' אהוד שפירא וצוותו ממכון ויצמן למדע, ניזונה מאנרגיה שמקורה במולקולות ATP המספקות אנרגיה לכל צורות החיים הידועות בכדור הארץ. החוקרים הוסיפו את "דלק" ה- ATP לתמיסה שהכילה את מולקולות ה- DNA ששימשו קלט ופלט, ואת מולקולות האנזימים השונים שביצעו את פעולת החישוב.

 

מחקר מקורי נוסף שביצע צוותו של פרופ' שפירא, שהתפרסם באחרונה בכתב העת המדעי "רשומות האקדמיה הלאומית למדעים של ארה"ב" - PNAS, מראה כיצד אפשר להפעיל את מערכת החישוב המולקולרית באופן חסכוני במיוחד, כאשר מולקולת ה- DNA שמשמשת כקלט למערכת גם תספק את האנרגיה הדרושה להפעלתה. הגרסה המשופרת של מערכת החישוב המולקולרית מופעלת אך ורק באנרגיה אשר משתחררת בתהליך חיתוך מולקולת הקלט, שהוא חלק מתהליך החישוב שמבצעת המערכת. מדובר באנרגיה האגורה בקשרים הכימיים של מולקולת ה- DNA . כידוע, כאשר אנזים החיתוך של מערכת החישוב חותך את מולקולת ה- DNA ומנתק שני קשרים כימיים ב"חוט השדרה" של הסליל הכפול, מומרת האנרגיה של הקשר הכימי באנרגיית חום שמשתחררת, ועל ידי כך מניעה את מערכת החישוב המולקולרית.

 

כפית אחת (5 מ"ל) של "מרק מחשבים מולקולריים" יכולה להכיל 15,000 טריליון (15 ואחריו 15 אפסים) מערכות חישוב מולקולריות, המבצעות יחד 330 טריליון פעולות בשנייה ברמת דיוק של 99.9% לכל פעולה. מערכות אלה זקוקות לפעולתן למעט מאוד אנרגיה, המסופקת כולה באמצעות שחרור האנרגיה האגורה בקשרים הכימיים של מולקולות ה- DNA. כמות החום שמשחרר ה"מרק" בתהליך זה זעירה במיוחד: 25 מיליוניות ואט בלבד. נתונים אלה זיכו את מערכת החישוב המולקולרית של פרופ' שפירא בתואר "מערכת החישוב הביולוגית הזעירה בעולם", מטעם ספר השיאים העולמיים של גינס.

 

במחקר השתתפו: תלמיד המחקר יעקב בננסון, ד"ר רבקה אדר, ד"ר תמר פז-אליצור ופרופ' צבי ליבנה מהמחלקה לכימיה ביולוגית במכון ויצמן למדע, ופרופ' אהוד שפירא מאותה מחלקה ומהמחלקה למדעי המחשב ומתמטיקה יישומית במכון ויצמן למדע.