Searching...
Thursday, April 10, 2014

الحوسبة البيولوجية + تخيلات علميه قد تحدث قريبا


في البدايه احب اوضح ان الموضوع منقول اه لكن لجماله :D

قبل الموضوع ده مكنتش اعرف بجد يعني ايه ترانزيستور او ايه هيا اهم مكونات الحاسب الالي
ولا كنت اعرف عن الحوسبه البيولوجيه اللي بيتكلم عنها الباشمندس عمر في موضوعه
ومكنتش اعرف برضه ان العلماء قدرو يبنو ترانزيستور بيلوجي او حيوي يوضع داخل الجسم الحي ويتفاعل معاه ويؤدي وظائف بديله الطبيعي
وعن المؤلف من مدونته

ZooM Station

I'm Omar Ayman Tawfik, an Egyptian geek, currently living (and freezing) in Washington, USA. I'm a Software Engineer in Microsoft. I'm obsessed with coding, music, movies, and many other random things.
I'm very idea oriented. I like to put thoughts into action, sometimes too soon. I'm also an Ain Shams graduate, with a Bachelor's degree in Computer Science.

 عمر ايمن توفيق مصري ويشرفنا انه يكون مصري
يقيم حاليا في واشنطن مهندس سوفت وير في ميكروسوفت :D
ومتخرج من جامعة عين شمس بكالريوس علوم الحاسب

قاعد بقالي كذا يوم بادور على مقالات عن الحوسبة البيولوجية Biological Computing. وللأسف المحتوى العربي عن الموضوع ده منعدم تماما, والمحتوى الإنجليزي يا إما مبتدئ جدا أو مقالات علمية متخصصة جدا. ققررت أجمع اللي عرفته هنا كبداية للي عايز يعرف أكتر عن الموضوع. البوست ده بيتكلم في إحتمالات البحث العلمي أكتر من كلامه عن تاريخ الموضوع ده عشان هو حديث لدرجة كبيرة.

تركيب الإنسان

الأحماض الامينيه المكونه للبروتين
جسم الإنسان هو عبارة عن حاسب عملاق. كل عملية operation فيه بتحصل بناء على مدخلات inputs محددة, وبتنتج مخرجات outputs محددة. عشان نعرف الكلام ده بيحصل إزاي لازم نبص على تركيب جسم الإنسان من جوه. جسم الإنسان مكون من مجموعة كبيرة جدا من البروتينات Proteins. البروتينات ديه هي عبارة عن سلسلة طويلة من الأحماض الأمينية Aminoacids. كل بروتين ممكن يوصل طوله إلى 100,000 حمض.
فيه 20 نوع من الأحماض الأمينية, اللي لما يتركبوا على بعض بطرق معينة, بيعملوا أنواع البروتينات المعروفة في جسم الإنسان. كل نوع بروتين مسؤول عن وظيفة معينة في جسم الإنسان. وأنواعهم وطرق تركيبهم بتبقى محفوظة في الشفرة الوراثية للكائن الحي عموما, او ال DNA بتاعه. كده ممكن نكون عدد لا نهائي من البروتينات. بس العلماء قدروا يصنفوا معظمهم لخمس أنواع أساسية:
  1. الأجسام المضادة Antibodies: البروتينات ديه بتهاجم الأجسام الخارجية زي الفيروسات Viruses والبكتيريا Bacteria, عشان تحمي الجسم. زي بروتين Immunoglobulin.
  2. الإنزيمات Enzymes: البروتينات ديه مسؤلة عن ألاف العمليات الكميائية اللي بتحصل جوا الخلايا, وبيساعدوا في تكوين الخلايا الجديدة عن طريق قرائة الشفرة الوراثية المخزنة في ال DNA. زي بروتين Phenylalanine Hydroxylase.
  3. الرسل Messengers: البروتينات ديه (زي أنواع معينة من الهرمونات Hormones) بتنقل الإشارات بين الخلايا والأعضاء. زي هرمون النمو Growth Hormone.
  4. مركبات البنية Structural Components: الهرمونات ديه بتوفر المساعدة لأنواع كتير من الخلايا, ومسؤلة كمان عن حركة الجسم الخارجية. زي بروتين Actin.
  5. النقل والتخزين Transport/Storage: البروتتينات ديه بتنقل الذرات والمركبات الصغيرة بين الخلايا ولباقي أجزاء الجسم. زي بروتين Ferritin.

طب إيه علاقة الكلام ده بالحاسب؟

يعتبر أهم وحدة بناء في أي حاسب (بالنسبة لموضوعنا) هي الترانزستور Transistors. ده مكون كهربائي بيستخدم عشان يغير أو يضخم إشارة كهربائية معينة. بيتكون من مادة موصلة للكهرباء, وأطراف لربطه بالدوائر التانية. ممكن يكون فارق الجهد بين طرف والتاني كبير, فعشان كده بيضخم الإشارة, يقللها, أو يلغيها تماما. لو فكرنا حنلاقي إن ده نفس فكرة عمل بروتينات معينة في جسم الإنسان. حاجة بتدخلها إشارة وتعمل عليها عملية وتطلع ناتج!
جه علماء في معامل Lawrence Livermore في ولاية كاليفورنيا California بالولايات المتحدة الأمريكية, وقدروا يبنوا ترانزستور بيولوجي, ممكن يتزرع داخل جسم حي, ويتبرمج إنه يطلع نتائج زيه زي البروتين بالضبط. وحسب تصريح ألكساندر نوي Aleksandr Noy, أحد علماء الفريق هناك, إنهم قدروا يخلوا بروتين حي يتكلم مباشرة مع الترانزستور اللي قدروا يعملوه.

إزاي!

في الأول نواة الترانزستور ده معمولة من أنبوبة دقيقة جدا من الكربون, بتوصل قطبين كهربائيين. النواة ديه متغطية بمزيج معين من البروتينات ومركبات اسمها Lipids. المزيج ده بيقوم بنفس عمل الغشاء الخلوي Cell Membrane بتاع الخلية. الجهاز ده جوا سائل من أيونات الصوديوم Sodium Ions, وأيونات الفوسفات Potassium  Ions, وثلاثي فوسفات الأدينوسين Adenosine Triphosphate. وبيجروا جهد كهربائي عالي بينهم. المزيج ده بيوفر طاقة للبروتينات الموجودة داخل الغشاء الخلوي. وبيتم التحكم في توصيل الطاقة ديه عن طريق درجة تركيز محلول الأدينوسين.
جه بعد كده فريق من جامعة ستانفورد Stanford بقيادة عالم إسمه جيروم بونيت Jerome Bonnet, وقدروا يطوروا الترانزستور ده لجهاز يمكن برمجته للقيام بوظيفة دائرة If-Then-Else. يعني دايرة بتتحقق من وجود شرط معين, وبعد كده بتاخد قرار تنفيذ عملية لو الشرط موجود, وعملية تانية لو الشرط مش موجود. بعد كده نفس الفريق قدر يبرمج أجهزة تانية تقوم بنفس عمل البوابات المنطقية Logic Gates زي And وOr وNot.
متخيل كم الإحتمالات اللي موجودة للبحث العلمي بعد الإكتشاف ده؟ ححاول أحط مجالات للتطبيق من دماغي ومن حاجات قريتها.

شوية تخيلات

  • تخيل الأشخاص اللي فقدوا طرف من أطرافهم في حرب أو في حادثة. نقدر نزودهم بأطراف ميكانيكية يحركوها بمخهم, نفس حركة الطرف الطبيعي. فاكر فيلم Robocop, الحاجات الموجودة في الفيلم ده اتعملت فعلا عن طريق باحثين في Stanford وجامعات تانية. وكل سنة الموضوع ده التمويل بتاعه بيزيد.
  • تخيل إن أجهزة المستقبل مش حيبقى فيها keyboard أو mouse أو microphone. كل ال input حيبقى جاي من دماغك. أجهزة المستقبل حتبقى عبارة عن CPU وشاشة.
  • تخيل إن شخص مريض, جسمه متصل 24 ساعة بجهاز بيراقب كل وظائف جسمه. لو أي عضو حصل فيه مشكلة أو مثلا أزمة قلبية أو إنهيار في الوظائف, الجسم يدي إشارة لأقرب عربية إسعاف مثلا.
  • تخيل مستوى أعقد, إن بدل ما دكتور يراقب معدل الإنزيمات في جسمك ويديك أدوية تساعد أو توقف إفرازها, نبرمج (بروتينات) معينة إنها تشتغل أو تقف حسب مرضك!
  • تخيل لو زرعنا جسم صغير جوا جسم الأشخاص اللي بيقوموا بأعمال شاقة, ينظملهم إفراز الجسم من الإنزيمات المساعدة, وينتج إنزيمات تساعدهم على القيام بشغلهم أحسن.
بعيدا عن التخيلات ديه, معظم الأفكار اللي قلتها أو حطيت لينك ليها فيه جامعات ومعامل شغالين فيها دلوقتي. الجيش الأمريكي والبريطاني عندهم أبحاث جدية إن معظم الطيارين يوجهوا الطيارة بمخهم؟ عشان فرق الجزء من الثانية بين إن الطيار ياخد قرار وينفذه بإيده ساعات بتفرق بين الحياة والموت.  بس مسألة وقت قبل ما الكلام ده يشوف النور. لو عندك أي معلومات أكتر اكتبها  هنا وحاعدل على البوست.

الرابط الأصلي للموضوع بقلم عمر ايمن توفيق
من هنا

0 comments:

Post a Comment