MIT-ingenjörer bygger levande kretskort av bakterier

Forskare vid Massachusetts Institute of Technology har modifierat bakterier för att fungera som transistorer, vilket skapat levande kretskort som kan skrivas ut på tillväxtmedium i petriskålar och utföra grundläggande beräkningslogik med hjälp av kemiska signaler istället för elektricitet.

Hur det fungerar

Studien, som publicerades i Nature Chemical Biology den 17 augusti, använde bakterien Pantoea agglomerans, som ofta finns på växtytor. Huvudförfattaren Hamid Doosthosseini och seniorförfattaren Christopher Voigt, chef för MIT:s institution för biologisk teknik, designade två typer av bakteriella transistorer tillsammans med tre relästammar som skickar molekylära signaler i en riktning mellan kolonier.techxplore+2

Teamet skrev ut bakteriekolonier på agarplattor med ungefär fem millimeters avstånd med hjälp av en akustisk vätskehanterare. Den fysiska placeringen av kolonierna bestämmer kretsens funktion, vilket innebär att forskare kan bygga olika beräkningssystem genom att helt enkelt ändra layouten istället för att skriva om den genetiska koden. Den största demonstrerade kretsen kopplade samman 24 bakteriekolonier för att utföra aritmetiska beräkningar, och teamet demonstrerade även OR-grindar, implikationsoperationer och en demultiplexer som dirigerar signaler baserat på en kontrollingång.news.mit+3

Långsamt men ändamålsenligt

Dessa biologiska kretsar fungerar mycket långsammare än kiselbaserade; en enskild beräkning tar ungefär åtta timmar. Men forskarna argumenterar för att hastighet inte är det primära för biologiska tillämpningar, där övervakning av jordbruksmark eller växthälsa sker över timmar, dagar och växtsäsonger.knowridge+1

"Vi försöker inte ersätta datorer," sa Voigt, enligt MIT:s tillkännagivande. Målet är att bädda in beräkningskontroll direkt i levande ekosystem.news.mit

Framtida tillämpningar

Teamet ser framför sig att placera bakteriella kretsar på växtrötter eller blad, där de skulle kunna upptäcka torka, skadedjur eller sjukdomar och utlösa biologiska svar som produktion av svampdödande medel. Metoden löser också en långvarig begränsning inom syntetisk biologi: att pressa in för många funktioner i en enda cell kan överbelasta dess proteinproduktionsmaskineri. Genom att distribuera beräkningar över många specialiserade kolonier undviker man denna flaskhals.interestingengineering+2

Forskningen fick delvis finansiering från DARPA och IARPA.interestingengineering