Zinātnieki, kas veido lietu biointernetu

konceptuāls baktērijas attēls Petri trauciņā Maikls Šifers / un šļakatas

Iedomājieties, ka izstrādājat perfektu ierīci lietu internetam. Kādām funkcijām tai jābūt? Sākumā tam ir jāspēj sazināties gan ar citām ierīcēm, gan ar saviem cilvēkiem. Tam jāspēj uzglabāt un apstrādāt informāciju. Un tam ir jāuzrauga sava vide, izmantojot dažādus sensorus. Visbeidzot, tam būs nepieciešams kaut kāds iebūvēts motors.

Netrūkst ierīču, kurām ir daudzas no šīm funkcijām. Lielākā daļa no tām ir balstītas uz plaši pieejamām zemu izmaksu ierīcēm, piemēram, Raspberry Pis, Arduino dēļiem un tamlīdzīgām ierīcēm.

Taču cits iekārtu komplekts ar līdzīgām funkcijām ir daudz bagātīgāks, saka Rafaels Kims un Stefans Poslads no Londonas Karalienes Marijas universitātes Apvienotajā Karalistē. Viņi norāda, ka baktērijas sazinās efektīvi un tām ir iebūvēti dzinēji un sensori, kā arī jaudīga informācijas uzglabāšanas un apstrādes arhitektūra.

Un tas rada interesantu iespēju, viņi saka. Kāpēc neizmantot baktērijas, lai izveidotu lietu interneta bioloģisko versiju? Šodien, aicinājumā uz rīcību, viņi izklāsta dažas no domām un tehnoloģijām, kas to varētu padarīt iespējamu.

Veids, kā baktērijas uzglabā un apstrādā informāciju, ir jauna pētniecības joma, un lielākā daļa no tā ir vērsta uz baktēriju darba zirgu. Escherichia coli . Šīs (un citas) baktērijas uzglabā informāciju gredzenveida DNS struktūrās, ko sauc par plazmīdām, ko tās pārraida no viena organisma uz otru procesā, ko sauc par konjugāciju.

Pagājušajā gadā Federiko Tavella no Padujas universitātes Itālijā un kolēģi uzbūvēja ķēdi, kurā viens nekustīgs celms E. coli pārsūtīja vienkāršu Hello world ziņu kustīgam celmam, kas pārnesa informāciju uz citu vietu.

Šāda veida informācijas pārraide baktēriju pasaulē notiek visu laiku, radot fantastiski sarežģītu tīklu. Taču Tavella un līdzbiedru principa pierādījuma eksperiments parāda, kā to var izmantot, lai izveidotu sava veida biointernetu, saka Kims un Poslads.

E. coli izveidot ideālu mediju šim tīklam. Tie ir kustīgi — tajos ir iebūvēts dzinējs viļņotu, pavedienam līdzīgu piedēkļu veidā, ko sauc par flagellas, kas rada vilci. Viņu šūnu sieniņās ir receptori, kas uztver vides aspektus — temperatūru, gaismu, ķīmiskās vielas utt. Viņi uzglabā informāciju DNS un apstrādā to, izmantojot ribosomas. Un tie ir niecīgi, ļaujot tiem pastāvēt vidē, kurai cilvēku radītajām tehnoloģijām ir grūti piekļūt.

E. coli ir salīdzinoši viegli manipulējami un arī konstruējami. Pašreizējā DIY bioloģijas kustība padara biotehnoloģiju rīkus lētākus un vieglāk pieejamus. The Amino laboratorija , piemēram, ir gēnu inženierijas komplekts skolēniem, kas ļauj viņiem pārprogrammēt E. coli cita starpā spīdēt tumsā.

Šāda veida bioloģiskā uzlaušana kļūst samērā izplatīta un parāda ievērojamo lietu biointerneta potenciālu. Kima un Poslads runā par plašām iespējām. Viņi saka, ka baktērijas var ieprogrammēt un izvietot dažādās vidēs, piemēram, jūrā un 'viedajās pilsētās', lai noteiktu toksīnus un piesārņotājus, apkopotu datus un veiktu bioremediācijas procesus.

Baktērijas pat varētu pārprogrammēt slimību ārstēšanai. Piemēram, baktērijas, kas satur DNS, kas kodē noderīgus hormonus, var peldēt uz izvēlētu galamērķi cilvēka ķermenī, [un] ražot un atbrīvot hormonus, kad tos iedarbina mikroba iekšējais sensors.

Protams, ir dažādi mīnusi. Lai gan gēnu inženierija ļauj veikt visa veida amizantus eksperimentus, drūmākas iespējas biodrošības ekspertiem sagādā bezmiega naktis. Nav grūti iedomāties, ka baktērijas darbojas kā, piemēram, dažādu nepatīkamu slimību pārnēsātāji.

Ir arī viegli zaudēt baktērijas. Viena lieta, kas viņiem nav, ir GPS ekvivalents. Tāpēc ir grūti tos izsekot. Patiešām, var būt gandrīz neiespējami izsekot viņu pārsūtītajai informācijai, tiklīdz tā ir izlaista savvaļā.

Un tajā slēpjas viena no problēmām, kas saistītas ar bioloģisko lietu internetu. Parastais internets ir veids, kā sākt ar ziņojumu vienā telpas punktā un izveidot to no jauna citā sūtītāja izvēlētā vietā. Tas ļauj cilvēkiem un arvien vairāk ierīcēm sazināties vienam ar otru visā planētā.

No otras puses, Kima un Posladas biointernets piedāvā veidu, kā izveidot un izplatīt ziņojumu, bet maz kontrolējot, kur tas nonāk. Baktēriju konjugācijas radītais biotīkls ir tik prātam neaptverami plašs, ka informācija var izplatīties vairāk vai mazāk jebkur. Biologi ir novērojuši konjugācijas procesu, pārnesot ģenētisko materiālu no baktērijām uz raugu, uz augiem un pat uz zīdītāju šūnām.

Savu lomu spēlē arī evolūcija. Visas dzīvās būtnes ir pakļautas tās spēkiem. Neatkarīgi no tā, cik labdabīga baktērija varētu šķist, evolūcijas process var izraisīt postījumus mutācijas un atlases rezultātā, un iznākumus nav iespējams paredzēt.

Tad ir problēma, ka sliktie dalībnieki ietekmē šo tīklu. Parastais internets ir piesaistījis vairāk cilvēku, kas ļaunprātīgos nolūkos izlaiž ļaunprātīgu programmatūru. Interese, kas viņiem varētu būt par bioloģisko lietu internetu, ir murgi.

Kims un Poslads atzīst dažus no šiem jautājumiem, sakot, ka uz baktērijām balstīta tīkla izveide rada jaunas ētiskas problēmas. Šādi izaicinājumi piedāvā plašu diskusiju jomu par baktēriju vadīto lietu interneta sistēmu plašāku ietekmi, un to secinājums ir neliels apgalvojums.

Tā ir diskusija, kuru ir vērts rīkot agrāk nekā vēlāk.

Atsauce: arxiv.org/abs/1910.01974 : Lieta ar E. coli: baktēriju integrēšanas iespēju un izaicinājumu izcelšana IoT un HCI

paslēpties