“Bác sĩ” máy vi tính ADN

Chủ Nhật, 05/08/2012 16:06

(SKDS) - Nhờ điều kỳ diệu của khoa học, giờ đây chúng ta đã có thể chế tạo ra những chiếc máy vi tính siêu nhỏ từ những phân tử ADN và enzym. Và kỳ diệu hơn nữa là, những chiếc máy tính này có thể hỗ trợ các bác sĩ, đảm nhận chức năng chẩn đoán và chữa bệnh cho con người.
Thế hệ máy vi tính làm từ ADN và enzym

Từ lâu, giới khoa học đã phát hiện ra rằng, trong mỗi tế bào của cơ thể người đều có hàng triệu “chiếc máy vi tính tự nhiên sinh học” đang ngày đêm làm việc để xử lý các thông tin liên quan đến hệ gen của chúng ta. Những chiếc máy vi tính tự nhiên sinh học siêu nhỏ này có chức năng đọc những chương trình nằm trong các bộ gen và thực hiện các chương trình đó như chế tạo ra các protein chẳng hạn.

 

Ngay từ những năm 70 của thế kỷ XX, dựa vào nguyên lý hoạt động của những chiếc “máy vi tính tự nhiên sinh học” này, các nhà khoa học đã có những ý tưởng chế tạo ra những chiếc “máy vi tính nhân tạo sinh học”. Năm 1973, GS. Charnes Bennet - lần đầu tiên đã lập trình thành công cho máy tính điện tử phân tử để nó thực hiện các thuật toán theo ý muốn. Đến những năm đầu thế kỷ XXI, giới khoa học đã có những bước tiến dài trong việc chế tạo máy vi tính sinh học. Đặc biệt, những chiếc máy tính sinh học làm từ ADN và enzym đầu tiên đã ra đời.

 

Mô phỏng tế bào ung thư bị phát hiện và bị phá hủy bởi máy tính sinh học.

Trong số những phát minh nhằm vào lĩnh vực này, phải kể đến 2 phát minh tương tự nhau, đều mang tên “Bác sĩ máy vi tính ADN” của 2 nhóm các nhà khoa học thuộc Viện nghiên cứu Weizman, Israel và Viện điều khiển kỹ thuật thuộc Đại học Bách khoa Wroclaw, Ba Lan. Họ đã chế tạo ra một sản phẩm vô cùng kỳ diệu, đó là chiếc máy tính sinh học siêu nhỏ có khả năng chẩn đoán và chữa bệnh cho con người. Cấu tạo của chiếc máy vi tính này gồm ADN đóng vai trò phần mềm và enzym giữ vai trò phần cứng.

 

Nếu máy vi tính điện tử thực hiện các chức năng nhờ việc khai thác dãy số 0 và 1 thì máy vi tính ADN lại khai thác các thông tin nằm trong các nucleotit của ADN. Phản ứng hóa học giữa các phân tử nucleotit cho phép nhà khoa học lập trình nhiều chức năng khác nhau. Nhà khoa học ra lệnh cho thiết bị làm việc bằng cách thay đổi thành phần phân tử ADN. Thay vì xuất hiện trên màn hình, kết quả được phân tích thông qua một kỹ thuật cho phép nhà khoa học nhận biết chiều dài của phân tử ADN đầu ra.

Từ kết quả phân tích, máy vi tính sinh học sẽ đưa ra những kết luận liên quan đến các chỉ số sinh học cũng như tình trạng sức khỏe, bệnh tật của cơ thể. “Trong tương lai không xa, bác sĩ tay nghề kém sẽ phải “giải nghệ” để nhường biên chế cho các “bác sĩ máy vi tính” được chế tạo từ các phân tử sinh học ADN” - GS. Olgierd Unold, người vừa giới thiệu với thế giới chiếc máy vi tính ADN được cài đặt chương trình “làm bác sĩ” đầu tiên khẳng định.
Khám phá năng lực của các “bác sĩ máy vi tính ADN”
Theo như lời giới thiệu được đăng tải trên Tạp chí khoa học danh tiếng Nature, các “bác sĩ máy vi tính ADN” này được thiết kế với những chức năng như một nhóm bác sĩ, với nhiều chuyên ngành khác nhau, để chúng có thể xử lý những thông tin của nhau, từ đó đưa ra các kết luận về các chỉ số sinh học của cơ thể và chẩn đoán bệnh tật. Không những thế, chúng có thể ghi nhớ các dữ liệu về những hợp chất đưa vào cơ thể từ đồ ăn thức uống, cảnh báo các mức độ nhiễm độc hóa chất độc hại có trong thực phẩm, hoa quả hoặc cảnh báo những vùng không khí bị ô nhiễm...
Đặc biệt, những “bác sĩ máy vi tính ADN” này còn có khả năng nhận biết chính xác nồng độ các phân tử mRNA - đây là phân tử báo hiệu sự xuất hiện trong cơ thể các tế bào ung thư. Điều này đã được thử nghiệm trên hàng trăm bệnh nhân tại Học viện y khoa Wroclaw và đã phát hiện một số bệnh nhân ung thư phổi, ung thư tuyến tiền liệt. Sau khi phát hiện những tế bào mang bệnh, qua việc xác định nồng độ các phân tử mRNA, vị bác sĩ này còn có thể tiến hành “bào chế thuốc” chữa bệnh cho cơ thể dựa vào những chương trình viết sẵn thông qua việc khai thác những đặc tính phòng vệ của các phân tử ADN.
Khi sử dụng chương trình phần mềm “chuyên gia” thay vì “bác sĩ”, các máy vi tính ADN có thể thực hiện những chức năng chữa bệnh phức tạp hơn trong nội tạng cơ thể như hủy hoại những mảng xơ vữa động mạch, làm tan những cục máu đông trong động mạch, làm tan những viên sỏi thận... Nó cũng có thể thực hiện chức năng điều khiển hoạt động các bộ phận nhân tạo trong cơ thể con người như điều khiển tuyến tụy nhân tạo: phân tích thành phần của máu, sau đó đưa tính hiệu về kết quả phân tích cho tuyến tụy nhân tạo để tuyến này sản sinh và bổ sung insulin kịp thời vào máu...
Với kích thước siêu nhỏ (hàng tỷ thiết bị như thế có thể nằm gọn trong một... giọt nước) và khả năng “chu du” trong cơ thể đồng thời chữa bệnh ngay tại chỗ, máy tính sinh học hứa hẹn sẽ làm nên một cuộc cách mạng trong y học tương lai.

       Đỗ Duy Anh(Theo Nature)