Bio4Comp

Molekylmotorer ska driva biologiska datorer

EU satsar nästa 60 miljoner kronor (6 miljoner Euro) på ett nytt forskningsprojekt som ska ta hjälp av biologin för att skapa en helt nya typ av dator – en biologisk dator – som ser ut att kunna bli betydligt kraftfullare än dagens. Projektet koordineras av Lunds universitet och Linnéuniversitetet är partner i det.

Säkerhetsluckor i datorer och smarta telefoner tillåter hackare att stjäla miljontals lösenord. Detta skulle kunna förhindras genom design av felfri programvara. Tyvärr kan detta problem för närvarande varken lösas av ingenjörer eller superdatorer.

Anledningen är att beräkningarna som krävs för utvärdering av programvaran blir så stora att de växer över alla bräddar. Processhastigheten hos existerande mikroelektroniska datorer är helt enkelt otillräcklig för dessa beräkningar och den stora energiåtgången och behoven av kylning av processoreren blir oöverstigliga.

"Multitaskande" molekyler räknar snabbare än vanliga datorer

Det nystartade EU-stödda forskningsprojektet syftar till att utveckla en biologisk dator som bland annat åtgärdar ovan nämnda problem.

Datorn baseras på molekylära motorer som finns i våra celler och som är oerhört energisnåla. Den nya datorn kommer att parallellt undersöka många olika lösningar på matematiska problem, ett arbetssätt som radikalt skiljer sig från det typiska seriella arbetssättet för elektroniska datorer.

– Detta alternativa arbetssätt förväntas öppna nya vägar för att hantera mycket stora beräkningar, säger professor Alf Månsson, projektledare vid Linnéuniversitetet.

Den möjliga nyttan av projektet begränsar sig inte enbart till design av felfri programvara:

– Praktiskt taget ingen av vår tids stora matematiska problem kan lösas effektivt med existerande datorteknologi, säger den brittiske matematikern Dan V. Nicolau från företaget Molecular Sense, som ursprungligen kom med idén att använda biologiska molekylmotorer för att skapa datorer.

Ska bygga nanolabyrinter med trafikregler och stor beräkningspotential

Det aktuella projektet överskrider existerande gränser genom att använda biologiska molekylmotorer som beräkningsenheter:

– Idén är att dessa biologiska maskiner, var och en bara ett fåtal miljondels av en millimeter (nanometer) stor, kan lösa problem genom transportera andra biomolekyler genom nätverk av kanaler, också de i nano-storlek. Nätverkets design representerar då ett specifikt matematiskt problem (se figur 1) och forskargruppen kallar tillvägagångssättet "nätverks-baserad biologisk beräkning".

Publikation i PNAS demonstrerar konceptet

I en publikation i den högt ansedda vetenskapliga tidskriften PNAS förra året har forskarna demonstrerat att konceptet fungerar. Forskargruppen fokuserar nu på att utveckla teknologin för att kunna skala upp nätverksbaserade biologiska datorer till en nivå där de utmanar andra alternativa beräkningsmetoder, som DNA-baserade datorer och kvantdatorer. I denna process, strävar gruppen efter att involvera andra forskare samt entreprenörer och näringslivsrepresentanter.

Av pengarna går cirka tio miljoner kronor till Linnéuniversitetet och Alf Månsson, professor i fysiologi.

– Vår roll här på Linnéuniversitetet blir att utveckla biologin vidare, så att vi kan dra största möjliga nytta av motorproteinerna i de biologiska beräkningarna. När vi jobbar med proteinerna på detta sätt väntar vi oss också mycket ny kunskap om deras funktion som vi inte kan få på annat sätt. Detta kan klargöra proteinernas roller vid allvarliga sjukdomar som påverkar hjärta, vanliga muskler och nervsystemet.

– Det här projektet är mycket betydelsefullt för min forskning rent allmänt. Det innebär att jag kan anställa ytterligare minst två personer på fem år, säger Alf Månsson. Det är av stor vikt för forskningsmiljön. Projektet kompletterar dessutom annan forskning jag arbetar med så det ger ett betydande mervärde.

Det femåriga projektet Bio4Comp (2017-2021) finansieras från EU:s "Future & Emerging Technologies (FET) programme" inom Horizon 2020, EU:s ramprogram för forskning och innovation (Kontrakt Nr 732482). FET-programmet som finansierar visionär forskning med syfte att öppna för radikalt nya teknologiska möjligheter är mycket kompetitivt och bara cirka 5 procent av ansökningarna beviljades i den aktuella ansökningsomgången.

Projektet Bio4Comp koordineras av Lunds universitet, och där ingår (förutom Linnéuniversitetet) även universitet, institut och företag från Tyskland, Israel samt England.

Mer infomation

Forskargruppens hemsida: www.bio4comp.eu

Artikel i PNAS (Proceedings of National Academy of Sciences, USA):
http://www.pnas.org/content/113/10/2591.full?sid=5d9e45c4-6338-461e-9c93-a74c5ca7b6ed

Finansiärens hemsida (projektsammanfattning på Cordis):
http://cordis.europa.eu/project/rcn/205991_en.html

Kontakt

Alf Månsson, professor i fysiologi, alf.mansson@lnu.se, telefon: 070-886 62 43
Annika Sand, pressansvarig, telefon 076-830 01 05

Bio4Comp: figur 1
Figur 1: Trafiksituationen i en biologisk dator: Stora proteinmolekyler (gröna) forslar fram tunna proteinrör, så kallade mikrotuber, (röda) genom en ett nätverk av kanaler, där en viss väg motsvarar en viss beräkning. I det här exemplet lägger de till talet tre till en summa.