Біокомп’ютер
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Сьогодні нікого не здивуєш, сказавши, що біологічні «патенти» — постійне джерело нових ідей для інженерів. Гідродинамічна досконалість обводів тіла дельфінів, механічна міцність конструкцій скелета тварин, ефективна трансформація енергії при скороченні м’язів — це вже привертало увагу конструкторів, технологів, дизайнерів. Але особливості роботи окремої «живої» молекули донедавна, як правило, випадали з поля зору інженерів. А взяти, наприклад, молекулу пепсину – одного з важливих білкових ферментів, що беруть участь у травленні. Спеціальність цієї молекули – «перекушування» білкових молекул. Так ось робить свою справу наша «шлункова» молекула, можна сказати, без енергетичних втрат, з ККД практично рівним одиниці!
Створити аналогічний технічний пристрій із таким ККД неможливо – втрати на тертя виключити не можна. А якщо взяти і вбудувати в якийсь механізм саму молекулу?
Хоч як це фантастично звучить, реальні підстави для втілення такої ідеї вже є. Останнім часом все частіше почали говорити про біологічні мікропристрої, які можна застосовувати як датчики та процесори. У цих пристроях таки працюють біоелементи: білки, ферменти, клітинні системи.
Біологи розробили метод, що дозволяє з великою точністю реєструвати зміни розмірів молекул. Для досліджень вчені взяли білок лізоцим. Це фермент, що грає роль антибактеріального бар’єру, він є у сльозах, слині, на слизовій оболонці носа. Форма його молекули близька до кулястої, і називають її глобулою. Глобула складається із двох частин, розділених щілиною. Половинки молекули з обох боків щілини рухаються як єдине ціле, їх можна навіть вважати шарнірною конструкцією. Вона придумана природою для того, щоб руйнувати оболонку бактеріальної клітини, коли в щілину глобули потрапить один із компонентів оболонки — складний полісахарид.
Цей пристрій і підказав вченим ідею використовувати молекулу лізоциму та як біодатчик для визначення тих чи інших речовин у розчині – субстратів, інгібіторів тощо.
Можна застосовувати біологічні елементи і як запам’ятовуючі пристрої. Це показали дослідження бактеріородопсину – речовини, схожої на родопсин (зоровий пурпур), що є основним зоровим пігментом сітківки. Після того, як бактеріородопсин був виявлений у клітинних оболонках деяких бактерій, вчені з’ясували, що якщо його обезводити, він може зупинятися на певній стадії фотохімічного циклу, зберігаючи записане на ньому зображення. При взаємодії з квантами світла молекули бактеріородопсину змінюють колір. Чому б не використовувати плівки з бактеріородопсину як мікроелементи оптичної пам’яті?
Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Пізнавайка
При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв'язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/питання/пропозицію можете написати на мою пошту pavelchaika1983@gmail.com або у Фейсбук.