מה זה ביו מחשבים?
נתחיל בספוילר קטן: כשמדברים על ביו מחשבים, לא מתכוונים כלל למחשב נייד, נייח או מחשב מכל סוג שהוא, אלא למערכת חכמה במיוחד. במה מדובר? כיצד הוא עומד לשירות הרפואה והאדם? ומה כל כך מיוחד במערכת הזו? אם אתם מתכננים ללמוד תואר במדעי המחשב ומתעניינים גם בדור הבא של יישומי המחשב, אתם חייבים להכיר את המונח מקרוב.
קופסת מתכת OUT, עיבוד נתונים IN
מחשב הוא למעשה כל מערכת המסוגלת להתמודד עם נתונים ולעבד אותם. במובן הזה, המוח האנושי, לדוגמה, הוא אחד המחשבים החזקים ביותר בעולם. באותו הקשר, גם ביו מחשבים – זאת אומרת, מחשבים ביולוגיים, משרתים את אותה המטרה: תגובה ועיבוד נתונים בקנה מידה מדהים המחולל מהפכה של ממש. אבל כאן לא מדובר בעיבוד נתונים בלבד, כזה שמנותק מהעולם הממשי ונשאר בגבולות התוכנה, אלא מערכת גאונית העומדת לשירות הרפואה והביולוגיה, ומסוגלת לחולל נפלאות.
נעים להכיר: מחשבים ביולוגיים
מחשבים ביולוגיים עשויים מתאי חיים. במקום חיווט ואותות חשמליים, מחשבים ביולוגיים משתמשים בכניסות כימיות ובמולקולות אחרות שמקורן ביולוגיות, דוגמת חלבונים או DNA. וממש כמו מחשב שולחני, ביו מחשבים מסוגל להגיב לנתונים ולעבד אותם, אם כי באופן בסיסי למדי, בדומה ליכולות של מחשבים משנת 1920. אך לפני שתצקצקו ולא תבינו על מה כל המהומה אם מדובר ביכולות מועטות שכאלה – בואו להבין כיצד ביו מחשבים עומדת לשירות האדם והעולם. אתם צפויים להיות מופתעים.
השימוש בביו מחשבים כיום
על אף שמדובר בתחום שנמצא יחסית בחיתוליו ולמרות שמחשבים ביולוגיים אינם "פוריים" כמו המחשב המוכר לנו, יש כמה תחומים בהם הם עושים התקדמות של ממש.
הכירו את סינתגו, סטאטרפ אפ הממוקם בעמק הסיליקון. מייסדי סינתגו הם אמנם אחים ביולוגיים, אך לא הגיעו מתחום הביולוגיה כלל – אלא היו מהנדסי תוכנה. הניסיון האדיר שצברו גרם להם להבין שיש להם בידיים פוטנציאל לא קטן, אותו הם יכולים לרתום לטובת המצאת סל כלים לעריכת גנים. היום החברה יוצרת ערכות CRISPR (רצפי DNA המצויים בחיידקים) מותאמות אישית המיועדות למדענים מכל רחבי העולם, ועומדות לרשותם מתוך מבחר של כ-5,000 אורגניזמים (!) הזמינים בספריית הגנום של החברה. המטרה, במקרה הזה, היא לצמצם משמעותית את הזמן שלוקח למדענים לבצע עריכות גנים – וההצלחה של הסטארט אפ מוכיחה שהמטרה הזו לגמרי מושגת.
גם מייקרוסופט מצטרפת לחגיגת המחשוב הביולוגי. החברה שותפה עם אוניברסיטת פרינסטון ושתי חברות בבריטניה (אוקספורד Biomedica ו- Synthace), ויחד הן עוברות על מחקר חדש המסוגל לנתח כמויות אדירות של נתונים ביולוגיים, כשהם משולבים עם תוכנות מחשב. הניתוח המתקבל משמש בשלב הבא להדרכת מדענים להמשך המחקר, דוגמת ההחלטה בדבר עריכת DNA בצורה מסוימת. התקווה של השותפות היא להוזיל את עלויות מוצרי הטיפול הגנטי, כך שיהיו נגישים יותר לחולים בכל רחבי העולם.
באמצעות CRISPR מדענים הצליחו להפוך תא למחשב ביולוגי. התא תוכן לקלוט קודים גנטים ספציפיים ולבצע חישובים מורכים כך שייצרו חלבון מסוים. בסופו של דבר, מדובר באבן דרך משמעותית המסוגלת ליצור מחשבים רבי עוצמה, המסוגלים לזהות ואף לטפל במחלות. די לדמיין כיצד התאים הללו מסוגלים לסרוק אחר סימנים ביולוגיים כדי לאתר סימנים למחלות שונות, ודי להניח כיצד התאים הללו מסוגלים לייצר חלבונים המסוגלים לטפל במחלה כדי להבין – אנחנו מצויים בפתחה של מהפכה ביולוגית-טכנולוגית של ממש, וכוח המחשוב הפוטנציאלי דומה לזה של מחשבי העל של היום.
ההווה עוסק ב-DNA, ובעתיד השמיים הם הגבול
ההתקדמות בתחום הביו מחשבים התמקדה עד כה במערכות מבוססות DNA, כיוון שהעיסוק הזה מקביל לתחום ההנדסה הגנטית – המפותח מאוד (גם אם לא לגמרי מובן לחלוטין). בעתיד, כנראה, יונח הזרקור על מערכות ביולוגיות נוספות, דוגמת תאי עצב, או החלת הידע שנלמד בפיתוח מחשבי ביו ומערכות מבוססות DNA על תחום הנוירוכימיה (חקר הנוירוכימיקלים, דוגמת מוליכים עצביים, הורמונים עצביים ומולקולות נוספות המשפיעות על פעילות תאי העצב).
אתגרים בעולם הביו מחשבים
כמו כל תחום מתפתח, גם ביו מחשבים מציג אתגרים משלו. על אף שיש לו קווי דמיון עם תחום הביולוגיה ומדעי המחשב, הוא לא באמת קשור לאף אחד מהם. בעוד שהמטרה בעולם הביולוגיה היא "להנדס לאחור" דברים שכבר נבנו, ביו מחשבים שואפת להקדים את הביולוגיה ולהנדס אותה מבעוד מועד.
במסגרת לימודי מדעי המחשב הקלאסיים, רגילים הסטודנטים להיחשף למכונות-מחשבים המבצעות פקודות מתוכנתות. לעומת זאת, כשמתמודדים עם סביבות ביולוגיות שונות במה שמכונה "מעבדה רטובה", אורגניזמים עשויים להגיב באופן בלתי צפוי ולגמרי לא מתוכנת, זאת בשל התכונות של התא, התנאים הסביבתיים או אפילו העיתוי.
המחר כבר לגמרי כאן
מרגע בו תא ביולוגי אחד מתוכנת – השמיים הם באמת הגבול. תהליך תכנותם של מיליארדי תאים נוספים הופך פשוט יותר, ודורש רק את עלות הפתרונות הזמינים וזמן המחקר במעבדה הטכנולוגית. הפוטנציאל האדיר הזה הופך את ביו מחשבים לאחד המקצועות המבוקשים שיש כיום ולאחד משדות המחקר המרתקים ביותר שיש. בעתיד, כך על פי מומחים, צפויים מחשבים ביולוגיים להיות אמינים אף יותר לעומת ה"קולגות" האלקטרוניות.
לשם המחשה, חשבו כיצד הגוף שלנו שורד למרות שמיליוני תאים בגופנו מתים כל הזמן, אך מחשב לעומתו המורכב מחוטים, יכול להפסיק לפעול אם חוט אחד בלבד מתנתק. בעתיד הקרוב, במקום שמהנדסי ביולוגיה ימפו את הגנום האנושי וינסו לחשוף את סודותיו, הם יוכלו פשוט לתכנת תאים לבצע את העבודה הנדרשת כשהם זקוקים לה, כמו לתכנת תאים להילחם בסרטן או להעביר אינסולין למחזור הדם של חולה סכרת.
הכוח האנושי מופלא ביותר, והכוח הביולוגי המשולב עם חזית הטכנולוגיה – עתיד להיות מופלא לא פחות!