MIT-ingeniører bygger levende kretskort av bakterier

Forskere ved Massachusetts Institute of Technology har modifisert bakterier til å fungere som transistorer, og skapt levende kretskort som kan printes på vekstmedium i petriskåler for å utføre grunnleggende beregningslogikk ved hjelp av kjemiske signaler i stedet for elektrisitet.

Hvordan det fungerer

Studien, publisert i Nature Chemical Biology den 17. august, brukte bakterien Pantoea agglomerans, som ofte finnes på planteoverflater. Hovedforfatter Hamid Doosthosseini og seniorforfatter Christopher Voigt, leder for MITs avdeling for biologisk ingeniørvitenskap, designet to typer bakterielle transistorer sammen med tre reléstammer som sender molekylære signaler i én retning mellom kolonier.techxplore+2

Teamet printet bakteriekolonier på agarplater med omtrent fem millimeters avstand ved hjelp av en akustisk væskehåndterer. Den fysiske plasseringen av koloniene bestemmer kretsens funksjon, noe som betyr at forskerne kan bygge ulike beregningssystemer bare ved å endre oppsettet i stedet for å skrive om den genetiske koden. Den største demonstrerte kretsen koblet sammen 24 bakteriekolonier for å utføre aritmetiske beregninger, og teamet demonstrerte også OR-porter, implikasjonsoperasjoner og en demultiplekser som ruter signaler basert på en kontrollinngang.news.mit+3

Langsomt, men målrettet

Disse biologiske kretsene opererer langt langsommere enn silisiumbaserte kretser; en enkelt beregning tar omtrent åtte timer. Men forskerne argumenterer for at hastighet ikke er poenget for biologiske applikasjoner, hvor overvåking av landbruksjord eller plantehelse utspiller seg over timer, dager og vekstsesonger.knowridge+1

"Vi prøver ikke å erstatte datamaskiner," sa Voigt, ifølge MITs kunngjøring. Målet er å bygge inn beregningskontroll direkte i levende økosystemer.news.mit

Fremtidige bruksområder

Teamet ser for seg å plassere bakterielle kretser på planterøtter eller blader, hvor de kan oppdage tørke, skadedyr eller sykdom og utløse biologiske responser som produksjon av soppdrepende midler. Tilnærmingen løser også en langvarig begrensning innen syntetisk biologi: å presse for mange funksjoner inn i en enkelt celle kan overbelaste dens proteinproduksjonsmaskineri. Ved å distribuere beregninger over mange spesialiserte kolonier unngår man denne flaskehalsen.interestingengineering+2

Forskningen mottok delvis finansiering fra DARPA og IARPA.interestingengineering