اكنون و با تلاش محققان دانشگاه كالیفرنیا یك باكتری مهندسی شده طی شاهكاری برجسته میتواند بر روی بستر كشت خود به ترسیم طرح كلی و خطوط پیرامون تصاویر و چهرهها بپردازد. باكتری نام آشنای ای. كولی با هویت جدید خود كه محصول فناوری مهندسی ژنتیك است، همچون قلمی به حركت درمیآید و طرحی اجمالی از یك تصویر یا خطوط اصلی پیرامون چهرهای آشنا را ترسیم میكند.
به گفته محققان مزبور، مهیا كردن باكتری برای ترسیم تصاویر كاری به مراتب پیچیدهتر از خود پروژه اصلیشان بود؛ آنها در اصل قصد داشتند با ارائه تصاویر سیاه و سفید عكس مانند توسط باكتری، در رقابت سالانه انستیتو فناوری ماساچوست (ام.آی.تی) موسوم به iGEM شركت كنند كه به این مهم دست یافتند. پیچیدگی وظیفه جدیدی كه به این باكتری هنرمند محول شده در حالی جامه عمل میپوشد كه به اعتقاد كارشناسان فناوری، زیستشناسی تركیبی میتواند نوید بخش ارائه حسگرهای فوق پیشرفته شیمیایی و زیست محیطی باشد.
البته پژوهشگران معتقدند؛ خلق یك تصویر به كمك باكتری، فرآیندی نسبتا ساده است. در این فرآیند ژنهایی كه به فقدان نور واكنش میدهند، به باكتری مذكور تزریق میشوند. زمانی كه ژنها نتوانند نور را ردیابی كنند، رنگدانهای سیاه تولید میكنند و در صورتی كه باكتری، نور را تشخیص دهد؛ به حالت فراتاب یا نیمه شفاف باقی میماند. چنین فرآیندی در چشم انسان نیز اتفاق میافتد و چشم به شیوهای مشابه، نور را پیدا میكند كه البته چشم انسان نه به خود نور بلكه به عدم حضور آن واكنش نشان میدهد. این گروه تحقیقاتی پیشتر و با استفاده از همین تكنیك تصاویر محوی از ماهی مركب و افراد را ایجاد كردند و چون هر باكتری در حكم یك پیكسل (سلول واحد تصویر) بود، نتیجه كار تصاویری با وضوح بسیار بالا از كار درآمد.
در این، میان اتفاق جالبی كه توجه پژوهشگران را برانگیخت؛ این بود كه باكتری به جای واكنش به یك سیگنال فیزیكی مثل نبود نور، به پیام شیمیایی حاصل از باكتریهای اطراف نیز پاسخ میدهد. از همینرو، دانشمندان با استفاده از حاملهای ویروسی ژنهایی را به این باكتری تزریق كردند كه وقتی با پرتو نوری برانگیخته شود، باعث میگردد این باكتری حساس به نور تركیبی شیمیایی از خود منتشر كند كه در نهایت به تغییر ظاهری محیط اطراف میانجامد. درواقع بر هم كنش 2 سیگنال سبب ایجاد خط نازك مداد مانندی روی بستر حیات باكتری در ظرف آزمایشگاهی میشود. فرآیند حاصل به معنای آن است كه فقط سلولهایی كه درست روی مرز روشنی و تیرگی قرار دارند، میتوانند رنگدانه تیرهای را برای ترسیم تصویر مربوط ایجاد كنند. به گفته پژوهشگران، باكتریها در این وضعیت براساس پیام دریافتی عمل میكنند؛ یعنی اگر باكتری در طرف تاریك باشد، میتواند پیام بدهد ولی نمیتواند آن را دریافت كند و بعكس اگر در سمت روشن باشد، نمیتواند پیام دهد ولی میتواند آن را دریافت كند.
محققان معتقدند، این پژوهش میتواند الگوی مناسبی برای نحوه عملكرد یك رایانه باكتریایی به شمار رود. براساس نتایج تحقیقات، هر سلول ای.كولی میتواند در هر نوبت به ردیابی نور یا ردیابی علامت شیمیایی پرداخته، همزمان اطلاعات را پردازش كند تا حاشیه و لبهای سایهدار ایجاد كند. چنانچه با علم به این ویژگی عملكردی باكتریها را در حكم یك رایانه فرض كنیم، همان اتفاقی روی میدهد كه به پردازش موازی در رایانهها موسوم است. رایانههای فعلی با استفاده از محاسبات سریالی و انجام یك محاسبه در هر نوبت میتوانند طرح اجمالی یا همان خطوط كلی پیرامون یك تصویر را ترسیم كنند. به این ترتیب هر پیكسل از تصویر مزبور با 8 همسایه مجاورش در هر نوبت مقایسه میشود و این كار ادامه مییابد تا زمانی كه تصویر به طور كامل اسكن شود. این در حالی است كه وجود پیكسلهای بیشتر در تصویر به معنای محاسبات طولانیتر برای پردازشگر است.
اما اكنون و با كمك فناوری مهندسی ژنتیك و دستكاری ژنها، یك باكتری به عنوان یك واحد زنده حیات میتواند در نقش كوچكترین واحد مجزای تصویری رایانهای كه رنگ و شدت نور آن قابل كنترل است بازی كند و خود جای سلولهای تصویر یا همان پیكسل را بگیرد.
بنابراین و در مقام مقایسه، هر باكتری ای.كولی به خودی خود و به طور دائم با 8 همسایه مجاورش مقایسه و هم سنجی میشود و این فرایند در حالی صورت میگیرد كه همزمان میلیونها محاسبه را به اجرا میگذارد. اما نظر مربیان این باكتریهای نقاش درخصوص اندازه تصاویر اجرا شده از سوی شاگردان میكروسكوپی این است كه اندازه تصاویر نقشی در فرآیند ندارد و ترسیم یك طرح كلی چه در قطع تمبر پستی یا در آن واحد پدیدار خواهد شد.
البته چنین سرعتی به معنای آن نیست كه فرآیند حاضر از آنچه در یك رایانه درخصوص اكثر تصاویر روی میدهد، سریعتر انجام میگیرد، از اینرو، برحسب مدت زمانی كه باكتری ای.كولی برای واكنش نشان دادن به سیگنالها احتیاج دارد، ممكن است چیزی حدود 12 ساعت زمان ببرد تا این باكتری یك طرح شماتیك از تصویر دلخواه را ایجاد كند.
جیم كالینز، زیستشناس تركیبی دانشگاه بوستون درخصوص این فناوری زیستمحور مصنوعی به نكته جالبی اشاره میكند و میگوید: از این عكاسخانه زیستی نمیتوان انتظار داشت كه فیلم عكاسی خود یا همان بستر هنرنمایی باكتری ای. كولی را همانند خدمات معمول عكاسیها بخواباند یا كنار گذاشته یا حتی آماده استفاده دوباره كند. به عبارتی برای هرفرد هر یك از عكسها نیازمند آلبوم و فایل ذخیره متعلق به خودش است، اما به باور وی كار چشمگیر محققان تا همین سطح نیز حاكی از قابلیتهای بالقوه زیستشناسی تركیبی و نمونه برجسته و صد البته پرداختنشدهای از این فناوری پیشرفته محسوب میشود.
به اعتقاد كالینز، محققان مجبورند تا چندین سامانه را با هم از میان ارگانیسمهای گوناگون بیرون بكشند و از این راه به شبكه پیچیده و كاملتری دست یابند كه توسط یك كاربر واحد، كنترل و راهبری شوند.
با این اوصاف و به اعتقاد محققان حوزه زیستشناسی مصنوعی، حسگرهای شیمیایی و زیست محیطی كاربردهای سودمندتری از این آلبومهای متشكل از بشقابهای پتری آزمایشگاهی خواهند داشت.
در این میان، باكتریهایی كه میتوانند حضور و میزان نور یا سایر تركیبات شیمیایی را ردیابی كنند، با قرار گرفتن در معادن یا دیگر نواحی آلوده میتوانند برای اهداف مختلفی از جمله كنترل و بررسی وسعت مشكل موجود در محیط به كار گرفته شوند. اما چشمانداز گسترده دستاوردهای بالقوه این فناوری در حالی از سوی كارشناسان بیان میشود كه به گفته محققان متولی این پروژه تا اینجای كار هیچ كاربرد تجاری از نتیجه این تحقیق بیرون نیامده است و بیشتر چارچوبی مفهومی دارد.
اما محققان اكنون و درخصوص گام بعدی تحقیقاتشان از مهندسی ژنتیكی باكتریها با هدف تولید تصاویر رنگی خبر میدهند. با اجرای این پروژه جدید و استفاده از باكتری ای. كولی برنامهریزی شده برای تولید 3 رنگ قرمز، سبز و آبی، محققان امیدوارند از این پس قادر به تولید هر یك از رنگهای موجود در طیف رنگینكمان باشند.