Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Schweizer Forscher bauen Zelltaschenrechner

05.06.2012
System kann mehrere Signale gleichzeitig verarbeiten

Forscher der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH) haben einen Taschenrechner aus Säugetierzellen entwickelt. Dieser beherrscht die binären Grundrechenarten und könnte in Zukunft verschiedenste, medzinische Anwendungen finden. Der Biocomputer könnte beispielsweise den Stoffwechsel von Diabetespatienten überwachen. Die Wissenschaftler haben ihre Erkenntnisse mittlerweile im Journal "Nature" veröffentlicht.


Zellrechner: Bio-Computer mit großen Potenzial (Foto: Wikipedia/ethz.ch)

AND-Schalter lässt Zelle leuchten

Das vom Biotechnologen Martin Fussenegger geleitete Team hat ein künstliches Gen-Netzwerk auf Basis menschlicher Nierenzellen konstruiert, das als Ergebnis logischer Operationen nach der Boole'schen Logik mit vorgegebenen Stoffwechselvorgängen reagiert. Das System empfängt Inputsignale über das Apfelmolekül Phloretin und das Antibiotikum Erythromycin. "Die Nierenzellen sind für die Konstruktion genetischer Netzwerke besonders geeignet, da sie gut in der Lage sind, mehrere Komponenten aufzunehmen", erläutert dazu Simon Ausländer, Doktorand an der ETH und Ideengeber des Forschungsunterfangens, gegenüber pressetext.

Für die Durchführung der binären Rechenoperationen wurden sogenannte "logische Gatter" aus biologischen Bestandteilen erstellt, darunter etwa ein "AND"-Schalter, der sich bei der Erfüllung zweier Bedingungen umlegt - im konkreten Fall das Vorhandensein beider Stoffe. Als Ergebnis veranlasst das Gen-Netzwerk die Bildung eines fluoreszierenden Eiweißes, welches die Zelle zum Leuchten bringt.

Forschung noch im Frühstadium

Die Kombination mehrerer Gatter ermöglichte die Durchführung der verschiedenen Rechnungsarten. Der Zelltaschenrechner kann Binärzahlen aneinander addieren und voneinander abziehen. Binäre Logik liegt jedem Computersystem zugrunde, in ersten Testläufen lieferten die biologischen Rechenmaschinen stabile Ergebnisse. Im Gegensatz zu elektronischen Systemen kann der Bio-Computer mit zwei Input- und Output-Signalen gleichzeitig umgehen.

"Im Moment braucht der Rechner im Vergleich zu seinen elektronischen Pendants noch sehr lange, bis er ein Ergebnis liefert", schildert Ausländer. Das Potenzial des Ansatzes zeigen ähnliche Systeme, wie ein lichtinduzierter Blutzucker-Regulationsmechanismus, der bereits erfolgreich an Mäusen getestet wurde. Bei menschlichen Patienten würden laut dem Forscher geeignete Körperzellen entnommen, manipuliert und in enkapsulierter Form in den Körper geschleust werden.

In Form eines Zellimplantates könnte der Bio-Rechner den Metabolismus Zuckerkranker monitoren und gegebenenfalls mit Insulinausschüttung auf problematische Veränderungen reagieren. Bis die Entwicklung erstmals zum praktischen Einsatz kommt, werden laut Ausländer allerdings noch einge Jahre vergehen. Der nächste Forschungsschritt besteht in der Erweiterung der Komplexität des Netzwerkes, um etwa unterschiedliche Zellen untereinander kommunizieren zu lassen.

Georg Pichler | pressetext.redaktion
Weitere Informationen:
http://www.ethz.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Interdisziplinäre Forschung:

nachricht Forschende der Uni Kiel entwickeln extrem empfindliches Sensorsystem für Magnetfelder
15.02.2018 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

nachricht Getarntes Virus für die Gentherapie von Krebs
31.01.2018 | Universität Zürich

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Interdisziplinäre Forschung >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Innovation im Leichtbaubereich: Belastbares Sandwich aus Aramid und Carbon

Die Entwicklung von Leichtbaustrukturen ist eines der zentralen Zukunftsthemen unserer Gesellschaft. Besonders in der Luftfahrtindustrie und in anderen Transportbereichen sind Leichtbaustrukturen gefragt. Sie ermöglichen Energieeinsparungen und reduzieren den Ressourcenverbrauch bei Treibstoffen und Material. Zum Einsatz kommen dabei Verbundmaterialien in der so genannten Sandwich-Bauweise. Diese bestehen aus zwei dünnen, steifen und hochfesten Deckschichten mit einer dazwischen liegenden dicken, vergleichsweise leichten und weichen Mittelschicht, dem Sandwich-Kern.

Aramidpapier ist ein etabliertes Material für solche Sandwichkerne. Sein mechanisches Strukturversagen ist jedoch noch unzureichend erforscht: Bislang fehlten...

Im Focus: Die Brücke, die sich dehnen kann

Brücken verformen sich, daher baut man normalerweise Dehnfugen ein. An der TU Wien wurde eine Technik entwickelt, die ohne Fugen auskommt und dadurch viel Geld und Aufwand spart.

Wer im Auto mit flottem Tempo über eine Brücke fährt, spürt es sofort: Meist rumpelt man am Anfang und am Ende der Brücke über eine Dehnfuge, die dort...

Im Focus: Eine Frage der Dynamik

Die meisten Ionenkanäle lassen nur eine ganz bestimmte Sorte von Ionen passieren, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumionen. Daneben gibt es jedoch eine Reihe von Kanälen, die für beide Ionensorten durchlässig sind. Wie den Eiweißmolekülen das gelingt, hat jetzt ein Team um die Wissenschaftlerin Han Sun (FMP) und die Arbeitsgruppe von Adam Lange (FMP) herausgefunden. Solche nicht-selektiven Kanäle besäßen anders als die selektiven eine dynamische Struktur ihres Selektivitätsfilters, berichten die FMP-Forscher im Fachblatt Nature Communications. Dieser Filter könne zwei unterschiedliche Formen ausbilden, die jeweils nur eine der beiden Ionensorten passieren lassen.

Ionenkanäle sind für den Organismus von herausragender Bedeutung. Wenn zum Beispiel Sinnesreize wahrgenommen, ans Gehirn weitergeleitet und dort verarbeitet...

Im Focus: In best circles: First integrated circuit from self-assembled polymer

For the first time, a team of researchers at the Max-Planck Institute (MPI) for Polymer Research in Mainz, Germany, has succeeded in making an integrated circuit (IC) from just a monolayer of a semiconducting polymer via a bottom-up, self-assembly approach.

In the self-assembly process, the semiconducting polymer arranges itself into an ordered monolayer in a transistor. The transistors are binary switches used...

Im Focus: Erste integrierte Schaltkreise (IC) aus Plastik

Erstmals ist es einem Forscherteam am Max-Planck-Institut (MPI) für Polymerforschung in Mainz gelungen, einen integrierten Schaltkreis (IC) aus einer monomolekularen Schicht eines Halbleiterpolymers herzustellen. Dies erfolgte in einem sogenannten Bottom-Up-Ansatz durch einen selbstanordnenden Aufbau.

In diesem selbstanordnenden Aufbauprozess ordnen sich die Halbleiterpolymere als geordnete monomolekulare Schicht in einem Transistor an. Transistoren sind...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

Tag der Seltenen Erkrankungen – Deutsche Leberstiftung informiert über seltene Lebererkrankungen

21.02.2018 | Veranstaltungen

Digitalisierung auf dem Prüfstand: Hochkarätige Konferenz zu Empowerment in der agilen Arbeitswelt

20.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Kameratechnologie in Fahrzeugen: Bilddaten latenzarm komprimiert

21.02.2018 | Messenachrichten

Mit grüner Chemie gegen Malaria

21.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Periimplantitis: BMBF fördert zahnärztliches Verbund-Projekt mit 1,1 Millionen Euro

21.02.2018 | Förderungen Preise

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics