Computadores feitos de células humanas vivas

Biocomputador, pode te dizer quando você está doente

Pesquisadores da ETH Zurich e da Universidade de Basel, desenvolveram um protótipo promissor de Biocomputador: ele reage a impulsos elétricos e processa informações usando um sistema binário de dados. Há algum tempo cientistas estão tentando aplicar uma lógica parecida em células humanas para criar um biocomputador e substituir a fiação e impulsos elétricos por reações químicas.

Para isso, foram usadas nove culturas de células humanas (grupos de células desenvolvidos em ambientes controlados), organizadas em redes para reagir a diferentes estímulos químicos, funcionando como um pequeno circuito. O biocomputador realizou cálculos matemáticos simples e outras operações rudimentares. Se o desenvolvimento dessa tecnologia seguir conforme o planejado, é provável que num futuro não muito distante possamos implantar estes computadores em nossa pele e programá-los para nos ajudar, por exemplo, a dizer se estamos doentes.

Em 2016, a Universidade de Lund também criou um biocomputador que se alimenta de proteínas para gerar energia e, no ano passado a startup Cell-Free Technology usou o DNA de águas-vivas para gerar telas com biopixels luminosos. Todas essas tecnologias podem trabalhar em conjunto para que, no futuro, tenhamos computadores tão vivos quanto nós em nossas casas.

Pode parecer esquisito, mas é só lembrar que o nosso corpo, de certa forma, já funciona como um computador. Respondemos a estímulos constantes automaticamente, e nossos cérebros armazenam e gerenciam dados. Nada mais natural, então, que forneçamos matéria-prima para hardwares à nossa imagem e semelhança.

Cientistas criaram o primeiro biocomputador feito a partir de células humanas vivas que usam a lógica para resolver problemas

Como os medos sobre a inteligência artificial continuam a crescer, podemos pelo menos ter consolo em saber que nossos corpos nunca se levantarão e se juntarão às máquinas – ainda somos feitos de carne, o que nos torna difíceis de hackear. No entanto, graças aos pesquisadores da ETH Zurich, recentemente fizemos um enorme passo à frente no desenvolvimento de biocomputadores, coleções de células que são organizadas e manipuladas para agir como um computador muito simples. Logo, a linha entre o computador e o humano pode se tornar mais desfocada do que nunca.

“Computador” pode normalmente significar um dispositivo eletrônico que processa muitas informações complexas, mas vale lembrar que a etimologia da palavra vem de meados do século XVII. Originalmente, significava simplesmente “aquele que calcula”, sem necessidade de eletrônicos.

Esse pouquinho de história se presta a uma espiada no futuro da computação. Como foi descoberto pela New Scientist, uma equipe da ETH Zurich e da Universidade de Basel está fazendo progressos na construção de biocomputadores – aqueles feitos de células vivas – e um novo artigo, na Nature Methods, detalha seu sistema mais avançado até hoje.

Usando nove diferentes populações de células reunidas em culturas 3D, a equipe de biólogos sintéticos conseguiu que elas se comportassem como um circuito computacional eletrônico muito simples. Retire a fiação elétrica e a sinalização e substitua-as por entradas de produtos químicos, e você tem um computador vivo que responde aos dados recebidos e pode processá-los usando portas lógicas rudimentares E, NÃO e OU.

Todos os sistemas digitais são baseados em portas lógicas. Através de uma porta NOT, por exemplo, uma entrada binária de 1 se torna 0 na saída. Tudo isso é muito, muito básico, mas o fato de uma equipe ter conseguido um computador biológico para fazer isso é uma conquista notável.

Tanto quanto eles sabem, essa conquista é sem precedentes. Existem vários exemplos anteriores de magia de biocomputadores, mas eles são muito mais básicos: usando DNA para transformar transistores em trabalho em matéria de água-viva para criar um display de bio-pixel, eles ainda são impressionantes, mas nem de longe tão avançados quanto a lógica dessa equipe. portão de trabalho.

É compreensível se tudo isso soa um pouco chocante, mas lembre-se, um computador é apenas algo que lida com dados. Nossos cérebros, muito mais complexos do que (e possivelmente incomparáveis ​​para) computadores, lidam com dados o tempo todo; recebemos estímulos sensoriais, nossos neurônios o processam e reagimos de acordo. É realmente tão surpreendente que um punhado de células possa atuar como um computador primitivo?

Esta equipe já havia conseguido obter algumas células para realizar tarefas básicas de adição, mas para este projeto, eles fizeram programas genéticos personalizados para cada um dos nove tipos de células humanas envolvidas em seu biocomputador.

Desabilitando-os para responder a uma ampla gama de sinais bioquímicos, como normalmente faria, cada um foi alterado para executar apenas uma instrução computacional claramente definida. Isso permitiu que as células coletivas – o biocomputador – realizassem cálculos “full-adder”, o que essencialmente significa que ele pode executar somas mais detalhadas e inter-relacionadas simultaneamente. Ao reorganizar as células, diferentes tipos de cálculos poderiam ser realizados.

Há fios aqui, de certa forma, mas, ao contrário dos de cobre estático, esse sistema pode “produzir e sentir fios de comunicação química” para executar tarefas computacionais. É um sistema notável, que tem o potencial de se adaptar e evoluir.

A biocomputação é um campo de pesquisa nascente. É incrivelmente difícil projetar um sistema como esse, porque a matéria biológica é muito mais intricada e mercurial que os circuitos de cobre. Esqueça o acréscimo simples, no entanto: se esforços como esse continuarem, espere ver computadores vivos e implantáveis ​​dentro de animais – aqueles perfeitamente integráveis ​​com sua própria biologia – em um futuro próximo.

Um documento de 2009 falava de um mundo em que esses sistemas seriam usados ​​para diagnosticar doenças e criar funções celulares “projetadas” em outras formas de vida. Observando que “os biocomputadores são redes biológicas criadas pelo homem cujo objetivo é investigar e controlar hospedeiros biológicos – células e organismos – nos quais eles operam”, está claro que um admirável mundo novo está emergindo do horizonte.

FOTOS:  ETH Zurich / Christine Khammash, YouTube