Специалисты Массачусетского технологического института разработали методику, позволяющую использовать бактериальные колонии в качестве компонентов вычислительного устройства. Микроорганизмы были модифицированы таким образом, чтобы они функционировали подобно транзисторам и обменивались данными посредством химических веществ. Созданная на их основе опытная конструкция успешно справлялась с базовыми логическими задачами и суммированием поступающих сигналов, как сообщается в публикации.
В традиционной электронике транзистор отвечает за регулировку тока, тогда как в новой разработке эту роль взяли на себя генетически модифицированные бактерии Pantoea agglomerans, естественной средой обитания которых являются растения и иные поверхности. Передача информации между такими биологическими элементами осуществляется не электричеством, а особыми молекулами.
Исследователи сконструировали две разновидности бактериальных транзисторов: один активировался при получении определенного сигнала, а другой, наоборот, отключался. Дополнительно были выведены три штамма, выполняющие функции ретрансляторов, которые преобразовывали одну молекулу в другую, понятную последующей колонии. Таким образом, в распоряжении ученых оказалось пять типов универсальных деталей, комбинируя которые можно создавать разнообразные биологические цепи.
В ходе испытаний собранная система демонстрировала способность к выполнению логических операций, одновременной обработке нескольких сигналов и адресной доставке информации нужному получателю. Наиболее сложный образец включал 24 колонии, размещенные на питательной среде в чашке Петри с интервалом около пяти миллиметров, что обеспечивало передачу сигнала только соседним группам клеток.
Производительность такого биологического компьютера значительно уступает электронным аналогам, поскольку каждая операция занимает примерно восемь часов. Однако целью разработчиков не является замена традиционных процессоров, а внедрение вычислительных элементов непосредственно в биологические системы. В будущем подобные колонии могут быть размещены на растениях для выявления признаков засухи, инфекций или атак вредителей с последующей выработкой защитных соединений. Пока технология существует лишь в лабораторных условиях, и ученым предстоит подтвердить ее стабильность вне контролируемой среды. Итоги исследования представлены в научном издании Nature Chemical Biology (NCB).