Μηχανικοί του MIT δημιούργησαν ζωντανές πλακέτες κυκλωμάτων από βακτήρια

Ερευνητές στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης (MIT) τροποποίησαν βακτήρια ώστε να λειτουργούν ως τρανζίστορ, δημιουργώντας "ζωντανές πλακέτες κυκλωμάτων" που μπορούν να εκτυπωθούν σε τρυβλία Petri και να εκτελούν βασική υπολογιστική λογική χρησιμοποιώντας χημικά σήματα αντί για ηλεκτρισμό.

Πώς λειτουργεί

Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο Nature Chemical Biology στις 17 Αυγούστου, χρησιμοποίησε το βακτήριο Pantoea agglomerans, το οποίο συναντάται συνήθως στις επιφάνειες των φυτών. Ο επικεφαλής συγγραφέας Hamid Doosthosseini και ο ανώτερος συγγραφέας Christopher Voigt, επικεφαλής του Τμήματος Βιολογικής Μηχανικής του MIT, σχεδίασαν δύο τύπους βακτηριακών τρανζίστορ μαζί με τρία στελέχη ρελέ που μεταδίδουν μοριακά σήματα προς μία κατεύθυνση μεταξύ των αποικιών.techxplore+2

Η ομάδα εκτύπωσε βακτηριακές αποικίες σε πλάκες άγαρ σε απόσταση περίπου πέντε χιλιοστών χρησιμοποιώντας έναν ακουστικό διαχειριστή υγρών. Η φυσική διάταξη των αποικιών καθορίζει τη λειτουργία του κυκλώματος, πράγμα που σημαίνει ότι οι ερευνητές μπορούν να κατασκευάσουν διαφορετικά υπολογιστικά συστήματα απλώς αλλάζοντας τη διάταξη αντί να ξαναγράφουν τον γενετικό κώδικα. Το μεγαλύτερο κύκλωμα που επιδείχθηκε συνέδεσε 24 βακτηριακές αποικίες για την εκτέλεση αριθμητικών υπολογισμών, ενώ η ομάδα παρουσίασε επίσης πύλες OR, πράξεις συνεπαγωγής και έναν αποπολυπλέκτη που δρομολογεί σήματα με βάση μια είσοδο ελέγχου.news.mit+3

Αργά αλλά σκόπιμα

Αυτά τα βιολογικά κυκλώματα λειτουργούν πολύ πιο αργά από το πυρίτιο, καθώς ένας μόνο υπολογισμός διαρκεί περίπου οκτώ ώρες. Ωστόσο, οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι η ταχύτητα δεν είναι το ζητούμενο για βιολογικές εφαρμογές, όπου η παρακολούθηση του γεωργικού εδάφους ή της υγείας των φυτών εκτυλίσσεται σε ώρες, ημέρες και καλλιεργητικές περιόδους.knowridge+1

"Δεν προσπαθούμε να αντικαταστήσουμε τους υπολογιστές", δήλωσε ο Voigt, σύμφωνα με την ανακοίνωση του MIT. Ο στόχος είναι να ενσωματωθεί ο υπολογιστικός έλεγχος απευθείας στα ζωντανά οικοσυστήματα.news.mit

Μελλοντικές εφαρμογές

Η ομάδα οραματίζεται την τοποθέτηση βακτηριακών κυκλωμάτων στις ρίζες ή τα φύλλα των φυτών, όπου θα μπορούσαν να ανιχνεύουν την ξηρασία, τα παράσιτα ή τις ασθένειες και να ενεργοποιούν βιολογικές αποκρίσεις, όπως η παραγωγή μυκητοκτόνου. Η προσέγγιση αντιμετωπίζει επίσης έναν μακροχρόνιο περιορισμό στη συνθετική βιολογία: η συγκέντρωση πάρα πολλών λειτουργιών σε ένα μόνο κύτταρο μπορεί να υπερφορτώσει τον μηχανισμό παραγωγής πρωτεϊνών του. Η κατανομή των υπολογισμών σε πολλές εξειδικευμένες αποικίες παρακάμπτει αυτό το εμπόδιο.interestingengineering+2

Η έρευνα έλαβε μερική χρηματοδότηση από την DARPA και την IARPA.interestingengineering