২০০০ সালে জীববিজ্ঞান এক ঐতিহাসিক সন্ধিক্ষণে প্রবেশ করে: কেবল প্রাকৃতিক পর্যবেক্ষণ থেকে প্রোগ্রামযোগ্য প্রকৌশলবিদ্যায় রূপান্তর। জিন, প্রমোটার এবং রিপ্রেসারকে ইলেকট্রনিক ট্রানজিস্টর ও লজিক গেটের মতো সমন্বিত করে বিজ্ঞানীরা তৈরি করেন প্রথম কৃত্রিম জিন সার্কিট—টগল সুইচ (Toggle Switch) এবং রিপ্রেসিলটর (Repressilator)। এর মাধ্যমে প্রমাণিত হয় যে জীবকোষের কম্পিউটেশনাল আচরণ গাণিতিক নিয়মে ডিজাইন করা সম্ভব।

১. জেনেটিক টগল সুইচ: জীবন্ত ডিজিটাল মেমরি

গার্ডনার, ক্যান্টর এবং কলিন্স E. coli ব্যাকটেরিয়ায় দুটি রিপ্রেসার জিন এমনভাবে সংযুক্ত করেন যাতে প্রথম জিনটি দ্বিতীয় জিনকে বন্ধ রাখে, আর দ্বিতীয়টি প্রথমটিকে বন্ধ রাখে:

[
frac{du}{dt} = frac{alpha_1}{1 + v^beta} – u, quad frac{dv}{dt} = frac{alpha_2}{1 + u^gamma} – v
]

হিল সহগ $beta, gamma > 1$ হলে এই সার্কিটটি একটি বাই-স্টেবল (Bistable) মেমরি সেলে পরিণত হয়। এটি হয় স্টেট ১ (উচ্চ $u$, নিম্ন $v$) অথবা স্টেট ২ (নিম্ন $u$, উচ্চ $v$) অবস্থায় অনির্দিষ্টকাল থাকতে পারে। বাহ্যিক একটি রাসায়নিক সংকেত দিলে এটি এক অবস্থা থেকে অন্য অবস্থায় সুইচ করে, যা কোষের বংশপরম্পরায় সংরক্ষিত থাকে।

২. রিপ্রেসিলটর: কোষীয় কৃত্রিম অসিলেটর

ইলোউইটজ এবং লেইবলার তিনটি জিনকে একটি চক্রাকার লুপে সাজান: জিন ১ বন্ধ করে জিন ২-কে, জিন ২ বন্ধ করে জিন ৩-কে, এবং জিন ৩ বন্ধ করে জিন ১-কে।

হপফ বাইফারকেশন (Hopf Bifurcation) বিশ্লেষণের মাধ্যমে দেখা যায় যে, এই সার্কিটটি কোনো স্থায়ী অবস্থায় না গিয়ে একটি স্থিতিশীল সাইকেল তৈরি করে। এর ফলে কোষটিতে নির্দিষ্ট সময় পর পর প্রোটিনের উপস্থিতি ওঠানামা করে, ঠিক যেমন কোনো ইলেকট্রনিক ক্লক সার্কিট স্পন্দিত হয়।

৩. জৈব লজিক গেট ও সেলুলার কম্পিউটিং

প্রকৌশলীরা কোষের ভেতর অ্যান্ড (AND), অর (OR) এবং নর (NOR) গেট তৈরি করেছেন। একাধিক নর গেট যুক্ত করে জটিল গাণিতিক সিদ্ধান্ত গ্রহণকারী ব্যাকটেরিয়া তৈরি করা হয়েছে, যা পরিবেশে নির্দিষ্ট মাত্রার বিষাক্ত পদার্থ শনাক্ত করে নিজে থেকেই উজ্জ্বল আলো ছড়ায় কিংবা প্রোগ্রাম করা টিউমার কোষে গিয়ে ধ্বংসাত্মক প্রোটিন নিঃসরণ করে।

শাকিল মাহমুদ সজল

শাকিল মাহমুদ সজল

সফটওয়্যার প্রকৌশলী ও লেখক, ঢাকা, বাংলাদেশ। কম্পিউটার বিজ্ঞান, পদার্থবিজ্ঞান, ইতিহাস ও ভাবনার সমন্বয়ে ব্যক্তিগত নোট ও প্রবন্ধ সংকলন।