Igranje Dooma na bakterijah? Skorajda

Kultno igro Doom iz leta 1993 - katere zadnjo skrivnost so razrešili šele pred petimi leti - so do danes preigrali milijoni, hkrati pa so jo številni razvijalci uspeli pognati na najrazličnejši strojni opremi. Pametne ure, računala, mikrovalovne pečice, simulacije (Minecraft, Excel) in celo testi nosečnosti - na vse te naprave so že uspeli spraviti Doom. Zato je ta teden veliko pozornosti požela vest, da Doom teče celo na bakterijah. Resnica je nekoliko bolj kompleksna, a nič manj zanimiva.

Zamisli o molekularnih računalnikih niso nove. Uporaba DNK za računanje ima že 30-letno zgodovino, a so trenutni prototipi izjemno počasni. Način, kako so pognali Doom na bakterijah, s temi poizkusi nima nič skupnega. Doktorska študentka bioinženirstva in sintetične biologije na MIT Lauren Ramlen je Doom prikazovala na zaslonu, ki ga sestavljajo bakterije.

Že leta 2020 je Christopher Voight z MIT-a pokazal, da je možno s celicami E. coli zgraditi zaslon, ki ima binarne pike (torej so pike enobarvne, vključene ali izključene). Celice torej delujejo kot vir svetlobe namesto klasičnih svetil. Nekatere celice namreč proizvajajo kemikalije, ki oddajajo svetlobo - flourescirajo. Pomislite na primer na kresničko.

Lauren Ramlen je nadgradila to tehnologijo. Celice prve dame med bakterijami, to je E. coli, je vzgojila na plošči s 1536 prekati, kar omogoča ločljivost 32 x 48. Celice so imele dodan plazmid, ki je vseboval genski zapis za zeleni fluorescenčni protein (GFP), ki ga aktivira promotor Plux. Hkrati ima isti plazmid tudi gen (LuxR), ki deluje kot represor za GFP. V normalnih pogojih je izražen slednji in celice ne oddajajo nobene svetlobe. Če pa celicam dodamo molekulo N-acil homoserin lakton (AHL), se ta vežene na LuxR in ga ugasne. S tem se aktivira Plux in celica začne oddajati zeleno svetlobo. Piksel se vključi.

To so standardni reagenti in biološki materiali. Ključ projekta je bil v njihovi integraciji. Model navadnih diferencialnih enačb (ODE) v Pythonu je pokazal, kako se s časom spreminja koncentracija spojin in izražanje genov, s tem pa svetilnost. Nato je Lauren Ramlen spisala še nekaj kode, ki je vsako sličico (frame) pri poganjanju Dooma spremenil v ločljivost 32 x 48, nato pa še v monokromatski prikaz. Iz tega je potem enostavno določiti, kateri piksel se vključi in kateri. V praksi se potem piksel aktivira tako, da se v celico začne dodajati AHL.

Takšen Doom je seveda počasen. Da celica zažari zeleno, potrebuje približno 70 minut, nato pa dobrih osem ur, da se ugasne. In naloži se lahko nova sličica. Če Doom običajno teče s 35 fps, lahko sedaj teče s hitrostjo ene sličica na osem ur. Namesto 5 ur bi torej igro igrali približno 600 let.