שערים לוגיים, מחשבים ביולוגיים

 

בעתיד הרחוק – כך מקווים מדענים – יסתובבו מחשבים זעירים בתוך גופנו, כשהם מצוידים בידע רפואי, יזהו מחלות בשלביהן הראשוניים, ויטפלו בהן בו במקום על-ידי שחרור תרופה מתאימה – ללא התערבות חיצונית. כדי שהחזון הזה יקרום עור וגידים, המחשבים צריכים להיות די קטנים כדי להיכנס לתוך תאי הגוף. בנוסף, עליהם לדעת "לדבר" עם המערכות השונות בתא. הדרך היעילה ביותר להתמודד עם שני האתגרים האלה היא ליצור מחשבים המבוססים על מולקולות ביולוגיות, כמו די-אן-אי או חלבונים. זהו אינו רעיון מופרך, שכן יצורים ביולוגיים התפתחו כך שיוכלו לקלוט מידע, לעבד אותו ולהגיב אליו – באופן המזכיר את פעולתו של מחשב. מדענים ממכון ויצמן למדע עשו באחרונה צעד חשוב בכיוון זה, כאשר הצליחו לפתח התקן גנטי עצמאי אשר פועל בהצלחה בתוך תאי חיידקים. ההתקן תוכנת כך שיאבחן פרמטרים מסוימים, ויגיב עליהם בהתאם.

 

ההתקן הראשון שיצרו המדענים הוא למעשה שער לוגי מסוג NOR: התקן זה מתוכנת לבדוק את נוכחותם של שני גורמי שיעתוק, ולהגיב ביצירת אור ירוק אך ורק אם שני הגורמים אינם נמצאים בתא. ואכן, כאשר החדירו המדענים את ההתקן לארבעה סוגי חיידקים מהונדסים גנטית - סוג שמייצר את שני גורמי השיעתוק, סוג שאינו מייצר אף אחד מהם, ושני סוגים שכל אחד מהם מייצר רק אחד מהגורמים - זרחו בירוק רק תאי החיידקים הנכונים. בהתבסס על ההתקן הגנטי הראשון יצרו בהמשך המדענים התקנים גנטיים מורכבים יותר, המיישמים שערים לוגיים מוכרים מעולם הנדסת האלקטרוניקה: שער לוגי מסוג AND (התקן גנטי המתוכנת לאבחן ולייצר אור ירוק אך ורק אם שני גורמי השיעתוק נמצאים בתא), שער לוגי מסוג OR(התקן גנטי המתוכנת לאבחן ולייצר אור ירוק אך ורק אם לפחות אחד מגורמי השיעתוק נוכח), ושער לוגי מסוג NOT (התקן גנטי אשר מאבחן את נוכחותו של גורם שיעתוק אחד, ומייצר אור ירוק אך ורק אם הוא אינו נוכח בתא החיידק). תוצאות המחקר, בו השתתפו גם תלמידי המחקר יוני דואק ולילך מילוא, התפרסמו באחרונה בכתב-העת המדעי Scientific Reports.

 

בעקבות התוצאות המוצלחות בתאי חיידקים, מתכננים החוקרים להמשיך לבחון כיצד ניתן לתכנת ו"לגייס" את החיידקים כמערכת יעילה ונוחה לתפעול למטרות רפואיות, אותה אפשר יהיה גם להחדיר בקלות לגוף האדם (באופן טבעי, בגוף האדם יש פי עשרה תאים חיידקים מתאים אנושיים). מטרה נוספת היא הפעלת מערכת דומה בתוך תאים אנושיים – שהם מורכבים בהרבה מתאי חיידקים.