Cũng mạnh như máy tính hiện đại, tự nhiên đã vượt mặt chúng ta từ lâu. Các sinh vật sống có thể được coi là như là những cỗ máy tính – các tế bào đóng vai trò là cổng logic, lấy đầu vào từ thế giới bên ngoài, xử lý nó và đáp lại bằng một số quá trình trao đổi chất.

“Bản thân cơ thể người là một cỗ máy tính lớn. Sự trao đổi chất của nó dựa vào sứng mạnh tính toán của hàng ngàn tỷ tế bào kể từ thời thượng cổ. Và trái ngược với một siêu máy tính công nghệ, máy tính lớn này chỉ cần một lát bánh mỳ làm năng lượng”, nhà nghiên cứu dẫn đầu Martin Fussenegger cho biết.

Khai thác quá quy trình tự nhiên này để xây dựng các mạch logic là mục tiêu quan trọng của sinh học tổng hợp. Trong trường hợp này, nhóm nghiên cứu ETH Zurich đã tìm được một cách để chèn các bộ xử lý lõi kép vào tế bào người bằng cách đầu tiên sửa đổi công cụ biên tập gen CRISPR. Thông thường, hệ thống này sử dụng các tuần tự RNA để nhắm vào các đoạn DNA cụ thể trong bộ gen, sau đó tiến hành biên tập chính xác. Tuy nhiên, đối với dự án này, nhóm đã tạo ra một phiên bản đặc biệt của enzyme Cas9 vốn có thể đóng vai trò làm bộ xử lý.

Cas9  đặc biệt này thay vào đó sẽ đọc RNA chỉ dẫn làm đầu vào và đáp lại bằng cách biểu hiện các gen cụ thể. Việc đó sẽ tạo ra một số protein làm đầu ra. Các bộ xử lý này đóng vai trò giống như bộ cộng nửa kỹ thuật số - cơ bản chúng so sánh 2 đầu vào hoặc thêm 2 số nhị phân và cho 2 đầu ra. Để tăng sức mạnh tính toán, các nhà nghiên cứu đã cố gắng nhồi nhét 2 nhân xử lý vào một tế bào.

Trong dài hạn, những cỗ máy tính tế bào lõi kép này có thể được tăng lên đến hàng tỷ để tạo ra các cỗ máy tính sinh học mạnh mẽ để chẩn đoán và điều trị bệnh. Chẳng hạn, nhóm cho hay họ có thể tìm kiếm những chất chỉ thị sinh học và đáp lại bằng cách tạo ra các phân tử làm thuốc khác nhau tùy thuộc vào việc có mặt chất chỉ thị sinh học này hoặc kia hoặc cả hai.

“Hãy tưởng tượng một mô hiển vi hàng tỷ tế bào, mỗi tế bào được trang bị một bộ xử lý lõi kép riêng. Những ‘cơ quan điện toán’ như thế về lý thuyết có thể đạt được sức mạnh tính toán vượt xa một siêu máy tính kỹ thuật số và sử dụng chỉ một phần nhỏ năng lượng.