Komplex matematikai problémákat old meg a baktériumalapú számítógép

A Journal of Biological Engineering szaklapban megjelent tanulmány szerint módosított DNS-ű Escherichia coli baktériumokból bizonyíthatóan készíthető olyan számítógép, amellyel megoldható a gráfelmélet egyik alapvető problémája, a Hamilton-út probléma. A kutatás során a Davidson Egyetem kutatói a probléma azon változatát kívánták megoldani, hogy mi a legrövidebb útja annak, hogy bejárhassuk Anglia tíz legnagyobb városát, ha utunkat Londonban kezdjük és Bristolban fejezzük be. Amennyire ez egyszerűen hangzik, annyira bonyolult is - mindennek ugyanis 3 és fél milliónyi lehetséges megoldása van, egy hagyományos számítógépes megoldással pedig mindegyiket át kell vizsgálnunk, hogy megtaláljuk a legrövidebbet. Ezzel szemben egy több millió baktériumból álló számítógép szimultán képes vizsgálni az összes esetet.

A problémának egy három városra egyszerűsített verzióját végeztették el a baktériumokkal - a városokat gének egy bizonyos kombinációja váltotta fel (amelynek hatására a baktériumok zöld vagy piros fénnyel kezdtek el világítani), a városok közti lehetséges utakat pedig a DNS-lánc elemeinek véletlenszerű cserélgetésével oldották meg - a helyes megoldást talált baktériumok pedig egyszerre világítottak zölden és pirosan.

A DNS-lánc elemeinek cseréje azon a mechanizmuson, a szalmonellából kinyert flagellinfehérje hatásán alapul, amelyről a csapat már tavaly májusban beszámolt. A fehérjék normális körülmények között antibiotikumok elleni immunitással ruházzák fel a baktériumokat, amikor azok túlélésük érdekében megfertőznek egy szervezetet. "Élő számítógépekben" ezt a tulajdonságokat lehet kihasználni: a baktériumokat egy különleges antibiotikummal "támadjuk meg", azt pedig csak úgy tudják leküzdeni, ha elkezdik cserélgetni a DNS-láncolatot. Ha a baktériumok képtelenek megoldani a matematikai feladatot, egyúttal az immunitást sem tudják megszerezni az antibiotikum elllen, így elpusztulnak.