Naukowcy, którzy tworzą bio-internet rzeczy

obraz koncepcyjny bakterii na szalce Petriego michael schiffer / unsplash

Wyobraź sobie, że projektujesz idealne urządzenie dla Internetu rzeczy. Jakie musi mieć funkcje? Po pierwsze, musi być w stanie komunikować się zarówno z innymi urządzeniami, jak i ze swoimi ludzkimi władcami. Musi być w stanie przechowywać i przetwarzać informacje. I musi monitorować swoje otoczenie za pomocą szeregu czujników. Wreszcie będzie potrzebował jakiegoś wbudowanego silnika.

Nie brakuje urządzeń, które posiadają wiele z tych funkcji. Większość opiera się na szeroko dostępnych, tanich urządzeniach, takich jak Raspberry Pis, płyty Arduino i tym podobne.

Ale inny zestaw maszyn o podobnych funkcjach jest znacznie bogatszy, mówią Raphael Kim i Stefan Poslad z Queen Mary University of London w Wielkiej Brytanii. Wskazują, że bakterie skutecznie się komunikują i mają wbudowane silniki i czujniki, a także potężną architekturę przechowywania i przetwarzania informacji.

Mówią, że to stwarza interesującą możliwość. Dlaczego nie wykorzystać bakterii do stworzenia biologicznej wersji Internetu rzeczy? Dziś w wezwaniu do działania przedstawiają niektóre sposoby myślenia i technologie, które mogą to umożliwić.

Sposób, w jaki bakterie przechowują i przetwarzają informacje, to nowy obszar badań, z których większość koncentruje się na bakteryjnym koniu roboczym Escherichia coli . Te (i inne) bakterie przechowują informacje w pierścieniowych strukturach DNA zwanych plazmidami, które przekazują z jednego organizmu do drugiego w procesie zwanym koniugacją.

W zeszłym roku Federico Tavella z Uniwersytetu w Padwie we Włoszech wraz z kolegami zbudował tor, w którym jeden szczep nieruchliwy E coli przesłał prostą wiadomość „Hello world” do ruchomego szczepu, który przeniósł informacje w inne miejsce.

Ten rodzaj transmisji informacji występuje cały czas w świecie bakterii, tworząc fantastycznie złożoną sieć. Ale eksperyment Tavelli i spółki, w którym sprawdzają zasadę, pokazuje, jak można go wykorzystać do stworzenia swego rodzaju bio-internetu, mówią Kim i Poslad.

E coli stworzyć idealne medium dla tej sieci. Są ruchliwe — mają wbudowany silnik w postaci falujących, nitkowatych wypustek zwanych wiciami, które generują ciąg. Mają receptory w ścianach komórkowych, które wyczuwają aspekty ich środowiska — temperaturę, światło, chemikalia itp. Przechowują informacje w DNA i przetwarzają je za pomocą rybosomów. I są malutkie, co pozwala im istnieć w środowiskach, do których technologie stworzone przez człowieka mają problem z dostępem.

E coli są stosunkowo łatwe w manipulacji i inżynierii. Oddolny ruch biologii DIY sprawia, że ​​narzędzia biotechnologiczne są tańsze i łatwiej dostępne. ten Laboratorium Amino , na przykład, to zestaw inżynierii genetycznej dla dzieci w wieku szkolnym, pozwalający im na przeprogramowanie E coli świecić między innymi w ciemności.

Ten rodzaj biohackingu staje się stosunkowo powszechny i ​​pokazuje niezwykły potencjał bio-internetu rzeczy. Kim i Poslad rozmawiają o szerokim wachlarzu możliwości. Naukowcy twierdzą, że bakterie można zaprogramować i rozmieścić w różnych środowiskach, takich jak morze i „inteligentne miasta”, aby wykrywać toksyny i zanieczyszczenia, gromadzić dane i podejmować procesy bioremediacji.

Bakterie można by nawet przeprogramować w celu leczenia chorób. Sugerują, że przechowując DNA, które koduje przydatne hormony, bakterie mogą na przykład dopłynąć do wybranego miejsca w ludzkim ciele, [oraz] wytwarzać i uwalniać hormony, gdy zostaną wyzwolone przez wewnętrzny czujnik drobnoustroju.

Oczywiście są różne wady. Podczas gdy inżynieria genetyczna umożliwia wszelkiego rodzaju zabawne eksperymenty, ciemniejsze możliwości zapewniają ekspertom ds. bezpieczeństwa biologicznego nieprzespane noce. Nietrudno wyobrazić sobie, na przykład, bakterie działające jako wektory dla różnych nieprzyjemnych chorób.

Łatwo też stracić bakterie. Jedyne, czego nie mają, to odpowiednik GPS. Więc ich śledzenie jest trudne. Rzeczywiście, śledzenie informacji, które przekazują, może być prawie niemożliwe, gdy zostaną wypuszczone na wolność.

I na tym polega jeden z problemów związanych z biologicznym internetem rzeczy. Konwencjonalny internet to sposób na rozpoczęcie od przekazu w jednym punkcie przestrzeni i odtworzenie go w innym wybranym przez nadawcę punkcie. Pozwala ludziom i coraz częściej urządzeniom komunikować się ze sobą na całej planecie.

Z drugiej strony bio-internet Kima i Poslada oferuje sposób na tworzenie i publikowanie wiadomości, ale niewiele w zakresie kontrolowania tego, gdzie się kończy. Biosieć stworzona przez koniugację bakterii jest tak oszałamiająco rozległa, że ​​informacje mogą rozprzestrzeniać się mniej więcej wszędzie. Biolodzy zaobserwowali proces koniugacji przenoszący materiał genetyczny z bakterii do drożdży, roślin, a nawet komórek ssaków.

Ewolucja też odgrywa rolę. Wszystkie żywe istoty podlegają jego siłom. Bez względu na to, jak łagodna może wydawać się bakteria, proces ewolucji może siać spustoszenie poprzez mutacje i selekcję, czego skutki są niemożliwe do przewidzenia.

Następnie pojawia się problem złych aktorów wpływających na tę sieć. Konwencjonalny Internet przyciągnął więcej niż sprawiedliwy odsetek osób, które wypuszczają złośliwe oprogramowanie w nikczemnych celach. Ich zainteresowanie biologicznym internetem rzeczy ma charakter koszmarów.

Kim i Poslad uznają niektóre z tych problemów, twierdząc, że tworzenie sieci opartej na bakteriach wiąże się z nowymi problemami etycznymi. Takie wyzwania oferują bogaty obszar do dyskusji na temat szerszych implikacji napędzanych przez bakterie systemów Internetu Rzeczy, podsumowują z pewnym niedopowiedzeniem.

To dyskusja, którą warto przeprowadzić raczej wcześniej niż później.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1910.01974 : Rzecz z E. coli: podkreślanie możliwości i wyzwań związanych z integracją bakterii w IoT i HCI

ukryć