CRISPR đã được
sử dụng để chèn các bộ xử lý máy tính sinh học vào tế bào người (Ảnh: Colourbox/Steven
Emmett, ETH Zurich)
Cũng mạnh như máy tính hiện đại,
tự nhiên đã vượt mặt chúng ta từ lâu. Các sinh vật sống có thể được coi là như
là những cỗ máy tính – các tế bào đóng vai trò là cổng logic, lấy đầu vào từ thế
giới bên ngoài, xử lý nó và đáp lại bằng một số quá trình trao đổi chất.
“Bản thân cơ thể người là một cỗ
máy tính lớn. Sự trao đổi chất của nó dựa vào sứng mạnh tính toán của hàng ngàn
tỷ tế bào kể từ thời thượng cổ. Và trái ngược với một siêu máy tính công nghệ,
máy tính lớn này chỉ cần một lát bánh mỳ làm năng lượng”, nhà nghiên cứu dẫn
đầu Martin Fussenegger cho biết.
Khai thác quá quy trình tự nhiên
này để xây dựng các mạch logic là mục tiêu quan trọng của sinh học tổng hợp.
Trong trường hợp này, nhóm nghiên cứu ETH Zurich đã tìm được một cách để chèn
các bộ xử lý lõi kép vào tế bào người bằng cách đầu tiên sửa đổi công cụ biên
tập gen CRISPR. Thông thường, hệ thống này sử dụng các tuần tự RNA để nhắm vào
các đoạn DNA cụ thể trong bộ gen, sau đó tiến hành biên tập chính xác. Tuy nhiên,
đối với dự án này, nhóm đã tạo ra một phiên bản đặc biệt của enzyme Cas9 vốn có
thể đóng vai trò làm bộ xử lý.
Cas9 đặc biệt này thay vào đó sẽ
đọc RNA chỉ dẫn làm đầu vào và đáp lại bằng cách biểu hiện các gen cụ thể. Việc
đó sẽ tạo ra một số protein làm đầu ra. Các bộ xử lý này đóng vai trò giống như
bộ cộng nửa kỹ thuật số - cơ bản chúng so sánh 2 đầu vào hoặc thêm 2 số nhị
phân và cho 2 đầu ra. Để tăng sức mạnh tính toán, các nhà nghiên cứu đã cố
gắng nhồi nhét 2 nhân xử lý vào một tế bào.
Trong dài hạn, những cỗ máy tính
tế bào lõi kép này có thể được tăng lên đến hàng tỷ để tạo ra các cỗ máy tính
sinh học mạnh mẽ để chẩn đoán và điều trị bệnh. Chẳng hạn, nhóm cho hay họ có
thể tìm kiếm những chất chỉ thị sinh học và đáp lại bằng cách tạo ra các phân
tử làm thuốc khác nhau tùy thuộc vào việc có mặt chất chỉ thị sinh học này hoặc
kia hoặc cả hai.
“Hãy tưởng tượng một mô hiển vi
hàng tỷ tế bào, mỗi tế bào được trang bị một bộ xử lý lõi kép riêng. Những ‘cơ
quan điện toán’ như thế về lý thuyết có thể đạt được sức mạnh tính toán vượt
xa một siêu máy tính kỹ thuật số và sử dụng chỉ một phần nhỏ năng lượng.
LH (New Atlas)