Ilmuwan Menciptakan Komputasi Blok-blok Bangungan dari Bakteri dan DNA

Rabu, 19 Oktober 2011 - Para ilmuwan membangun jenis gerbang logika yang disebut "Gerbang AND" dari bakteri Escherichia coli (E. Coli) yang biasanya ditemukan pada usus bawah.

---

Para ilmuwan telah berhasil menunjukkan bahwa mereka mampu membangun beberapa komponen dasar untuk perangkat digital dari bakteri dan DNA, yang bisa membuka jalan bagi generasi baru perangkat komputasi biologis, lewat penelitian yang dipublikasikan dalam jurnal Nature Communications, 18 Oktober.
Para peneliti dari Imperial College London telah menunjukkan bahwa mereka mampu membangun gerbang logika, yang digunakan untuk pemrosesan informasi pada perangkat seperti komputer dan mikroprosesor, dari bakteri usus yang berbahaya dan DNA. Ini adalah gerbang logika biologis yang paling canggih yang pernah dibuat oleh para ilmuwan.
Profesor Richard Kitney, penulis pendamping makalah dari Pusat Biologi Sintetis dan Inovasi dan dari Departemen Bioengineering di Imperial College London, menyebutkan, “Gerbang-gerbang logika adalah blok bangunan fundamental dalam sirkuit silikon di mana usia keseluruhan digital kami dijadikan dasar. Tanpa mereka, kami tidak bisa memproses informasi digital. Sekarang kami telah menunjukkan bahwa kami bisa meniru bagian ini dengan menggunakan bakteri dan DNA, kami berharap pekerjaan kami ini bisa menghasilkan generasi baru prosesor biologis, yang aplikasi dalam pengolahan informasinya bisa sama pentingnya dengan elektronik setara mereka.”
Meskipun masih jauh, tim riset menunjukkan bahwa gerbang logika biologis suatu saat bisa membentuk blok-blok bangunan dalam komputer biologis mikroskopis. Perangkat ini meliputi sensor yang berenang di dalam arteri, mendeteksi pembangunan plak berbahaya dan secara cepat menghantarkan pengobatan ke zona yang terinfeksi. Aplikasi lainnya dapat memasukkan sensor yang mendeteksi dan menghancurkan sel-sel kanker di dalam tubuh dan monitor-monitor polusi yang dapat digunakan di dalam lingkungan, mendeteksi dan menetralkan racun berbahaya seperti arsenik.

Para ilmuwan telah berhasil menunjukkan bahwa mereka mampu membangun beberapa komponen dasar untuk perangkat digital dari bakteri dan DNA, yang bisa membuka jalan bagi generasi baru perangkat komputasi biologis. (Kredit: Janice Haney Carr)

Penelitian sebelumnya hanya membuktikan bahwa gerbang logika biologis memang bisa dibuat. Tim riset mengatakan bahwa keuntungan dari gerbang logika biologis mereka dibandingkan upaya sebelumnya adalah, mereka berperilaku lebih seperti rekan-rekan elektronik mereka. Gerbang biologis baru juga bersifat modular, artinya mereka dapat dipasang bersama untuk membuat berbagai jenis gerbang logika, membuka jalan bagi prosesor biologis yang lebih kompleks yang akan dibangun di masa depan.
Dalam studi baru ini, para peneliti menunjukkan bagaimana gerbang logika biologis bekerja. Dalam satu percobaan, mereka menunjukkan bagaimana gerbang logika biologis dapat meniru cara di mana gerbang logika elektronik memproses informasi dengan pengalihan “on” atau “off.”
Para ilmuwan membangun jenis gerbang logika yang disebut “Gerbang AND” dari bakteri Escherichia coli (E. Coli) yang biasanya ditemukan pada usus bawah. Tim riset mengubah E. Coli dengan DNA yang dimodifikasi, yang diprogram ulang untuk melakukan peralihan yang sama dan menonaktifkan prosesnya, seperti hal elektronik yang setara, saat distimulasi dengan bahan kimia.
Para peneliti juga mampu menunjukkan bahwa gerbang-gerbang logika biologis dapat dihubungkan secara bersama untuk membentuk komponen yang lebih kompleks dengan cara yang sama dengan komponen elektronik. Pada eksperimen lain, para peneliti menciptakan sebuah “Gerbang NOT” dan dikombinasikan dengan gerbang AND untuk menghasilkan “gerbang NAND” yang lebih kompleks.
Tahap selanjutnya dari penelitian ini, tim riset akan berusaha mengembangkan sirkuit yang lebih kompleks yang terdiri dari beberapa gerbang logika. Salah satu tantangan yang dihadapi oleh tim adalah menemukan cara untuk menghubungkan beberapa gerbang logika biologis secara bersama, mirip dengan cara di mana gerbang-gerbang logika elektronik yang saling berhubungan, untuk memungkinkan proses yang kompleks bisa dilakukan.
Kredit: Imperial College London
Jurnal: Baojun Wang, Richard I Kitney, Nicolas Joly, Martin Buck. Engineering modular and orthogonal genetic logic gates for robust digital-like synthetic biology. Nature Communications, 2011; 2: 508 DOI: 10.1038/ncomms1516