دانشمندان به باکتری مهندسی‌شده ازنظر ژنتیکی بازی دوز را یاد دادند

به‌گزارش نیوساینتیست، برای اولین‌بار انسان‌ها با باکتری‌ها بازی ایکس او (بازی دوز) انجام دادند. این‌ها باکتری‌های معمولی نبودند؛ بلکه باکتری‌های ای‌کولای (اشریشیا کلی) بودند که ازنظر ژنتیکی اصلاح شده بودند تا به‌عنوان شبکه‌ی عصبی ساده یا نوعی هوش مصنوعی عمل کنند. آلفونسو جارامیلو از شورای ملی تحقیقات اسپانیا می‌گوید این رویکرد می‌تواند کاربردهای متنوعی، از ایجاد مواد زنده دارای قابلیت یادگیری تا ساخت میکروبیوم‌های هوشمند داشته باشد.

جارامیلو و تیمش کار خود را با سویه‌ای از ای‌کولای شروع کردند که ازنظر ژنتیکی اصلاح شده بود تا ۱۲ ماده‌ی شیمیایی را احساس کند و با تغییر فعالیت ژنی که پژوهشگران انتخاب می‌کردند، پاسخ دهد. این سویه ماریونت نامیده می‌شود و در سال ۲۰۱۹، گروه دیگری از پژوهشگران آن را ساخته‌اند.

پژوهشگران سویه ماریونت را بیشتر اصلاح کردند تا نسخه‌های فراوانی از دو قطعه‌ی DNA حلقوی به نام پلاسمید داشته باشد که هرکدام پروتئین فلورسنت متفاوتی را رمزگذاری می‌کردند: یکی قرمز و دیگری سبز. نسبت تعداد این دو پلاسمید و درنتیجه رنگ فلورسانس باکتری از پیش تعیین نشده است و می‌تواند به‌واسطه‌ی ۱۲ ماده شیمیایی و آنتی‌بیوتیک‌های خاص تغییر کند.

در غیاب ورودی‌های بیشتر، نسبت یادشده ثابت می‌ماند؛ بنابراین، نوعی حافظه است. علاوه‌بر‌این، وقتی باکتری ورودی دیگری دریافت می‌کند، خروجی رنگ به نسبت قبلی بستگی دارد. این بدان‌معنا است که باکتری‌ها مانند ممریستور (مقاومت حافظه‌دار) رفتار می‌کنند. ممریستور قطعه‌ای الکترونیکی است که برای ایجاد تراشه‌های کامپیوتری استفاده می‌شود که نحوه‌ی عملکرد سیناپس‌های مغز را تقلید می‌کنند.

جارامیلو این موجودات را ممراگیلون (Memregulon) می‌خواند. پژوهشگران تصمیم گرفتند تا این باکتری‌ها را آموزش دهند تا بازی دوز را انجام دهند. این بازی شاخصی است که اغلب برای نشان‌دادن رویکردهای جدید در محاسبات استفاده می‌شود.

باکتری‌ها در هشت چاهک منطبق با مربع‌های بیرونی جدول دوز رشد داده شدند. پژوهشگران برای سادگی کار، فرض کردند که بازیکن انسانی همیشه بازی را شروع می‌کند و یک علامت ضربدر (ایکس) را در مربع مرکزی می‌گذارد. سپس، اولین صفر (او) باکتریایی روی مربع منطبق با چاهک دارای قرمزترین رنگ قرار می‌گیرد.

جارامیلو می‌گوید پس از هشت بازی تمرینی، باکتری‌ها به بازیکنان ماهر تبدیل می‌شوند. این تیم نحوه‌ی بازی باکتری‌های آموزش‌دیده را شبیه‌سازی کرد. شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهند که آن‌ها می‌توانند انسان‌های بی‌تجربه را شکست دهند. پژوهشگران پس از مرحله‌ی تمرینی که در آن باکتری‌ها همیشه می‌بازند، بازی دیگری انجام ندادند؛ بنابراین، ای‌کولای هنوز نتوانسته است واقعاً در بازی دوز انسان را شکست دهند.

جوآن مک‌دونالد از دانشگاه سان‌شاین کوست استرالیا می‌گوید: «این نمایش قدرتمندی از سازگارشدن یک سیستم زیستی پیچیده است.» تیم جارامیلو در حال ایجاد شبکه‌های عصبی پیچیده‌تری با استفاده از باکتری‌ها است تا بتوانند کارهایی مانند تشخیص دست‌نوشته را انجام دهند. او می‌گوید: «آن‌ها می‌توانند کارهای بسیار پیچیده‌ای انجام دهند.»