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Ein Team von Forschern um Martin Fussenegger, Professor für Biotechnologie und Bioingenieurwissenschaften am Departement Biosysteme der ETH Zürich in Basel, hat einen Weg gefunden, eine programmierbare CPU aus biologischen Bauteilen zu konstruieren. Der Prozessor beruht auf einem modifizierten Crispr/Cas-System und kann beliebig viele Eingaben in Form von RNA-Molekülen verarbeiten, sogenannter Leit-RNA.
Den Kern des Prozessors bildet eine spezielle Variante des Cas9-Proteins. Die CPU reguliert als Antwort auf die Eingabe durch die Leit-RNA-Sequenzen die Aktivität eines bestimmten Gens, sodass das zugehörige Protein hergestellt wird. Damit konnten die Forscher in menschlichen Zellen skalierbare Schaltnetze programmieren, die wie digitale Halbaddierer aus zwei Eingängen und zwei Ausgängen bestehen und zwei einstellige Binärzahlen addieren können.
Die Wissenschaftler gingen sogar noch einen Schritt weiter und schufen analog zur digitalen Welt einen biologischen Dual-Core-Prozessor, in dem sie zwei Rechnerkerne in eine Zelle einbauten. Dazu verwendeten sie Crispr/Cas-Einheiten von zwei unterschiedlichen Bakterien.
Ein solcher Biocomputer ist nicht nur extrem klein, sondern im Prinzip auch beliebig skalierbar, wie Fussenegger festhält: «Man stelle sich ein Mikrogewebe mit mehreren Milliarden Zellen vor, und jede davon verfügt über einen Dual-Core-Prozessor. Solche Rechenorgane könnten eine theoretische Rechenkapazität erreichen, welche diejenige eines digitalen Supercomputers bei weitem übertrifft, und das mit einem Bruchteil der Energie."
Zellcomputer könnten dazu verwendet werden, biologische Signale aus dem Körper wie gewisse Stoffwechselprodukte oder Botenstoffe wahrzunehmen, zu verarbeiten und wunschgemäss zu reagieren. Denkbar sind medizinische Anwendungen in Diagnostik und Therapie, zum Beispiel zur Behandlung von Krebs.
(ubi)
ETH entwickelt ersten Dual-Core-Zellcomputer
ETH entwickelt ersten Dual-Core-Zellcomputer
(Quelle: ETH)
17. April 2019 - ETH-Forscher haben in menschliche Zellen zwei Rechenkerne eingebaut, die auf dem als "Genschere" bekannten Crispr/Cas-System beruhen. Dies sei ein grosser Schritt hin zu einem leistungsfähigen Zellcomputer.