Биокомпьютер
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
В наше время никого не удивишь, сказав, что биологические «патенты» — постоянный источник новых идей для инженеров. Гидродинамическое совершенство обводов тела дельфинов, механическая прочность конструкций скелета животных, эффективная трансформация энергии при сокращении мышц — все это уже привлекало внимание конструкторов, технологов, дизайнеров. Но вот особенности работы отдельной «живой» молекулы до недавнего времени, как правило, выпадали из поля зрения инженеров. А взять, например, молекулу пепсина — одного из важных белковых ферментов, участвующих в пищеварении. Специальность этой молекулы — «перекусывание» белковых молекул. Так вот делает свое дело наша «желудочная» молекула, можно сказать, без энергетических потерь, с КПД, практически равным единице!
Создать аналогичное техническое устройство с таким КПД невозможно — потери на трение исключить нельзя. А если взять и встроить в какой-нибудь механизм саму молекулу?
Как ни фантастично это звучит, реальные основания для воплощения такой идеи уже есть. Последнее время все чаще стали говорить о биологических микроустройствах, которые можно применять как датчики и процессоры. В этих устройствах как раз и работают биоэлементы: белки, ферменты, клеточные системы.
Биологи разработали метод, позволяющий с большой точностью регистрировать изменения размеров молекул. Для исследований ученые взяли белок лизоцим. Это фермент, играющий роль антибактериального барьера, он есть в слезах, слюне, на слизистой оболочке носа. Форма его молекулы близка к шарообразной, и называют ее глобулой. Глобула состоит из двух частей, разделенных щелью. Половинки молекулы по обе стороны щели движутся как единое целое, их можно даже считать шарнирной конструкцией. Она придумана природой для того, чтобы разрушать оболочку бактериальной клетки, как только в щель глобулы попадет один из компонентов оболочки — сложный полисахарид.
Это устройство и подсказало ученым идею использовать молекулу лизоцима и как биодатчик для определения тех или иных веществ в растворе — субстратов, ингибиторов и т. д.
Можно применять биологические элементы и в качестве запоминающих устройств. Это показали исследования бактериородопсина — вещества, похожего на родопсин (зрительный пурпур), являющийся основным зрительным пигментом сетчатки. После того, как бактериородопсин был обнаружен в клеточных оболочках некоторых бактерий, ученые выяснили, что если его обезводить, он может останавливаться на определенной стадии фотохимического цикла, сохраняя записанное на нем изображение. При взаимодействии с квантами света молекулы бактериородопсина меняют цвет. Почему бы не использовать пленки из бактериородопсина как микроэлементы оптической памяти?
Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка
При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.