Специалисты Массачусетского технологического института (MIT) создали бактериальные клетки, которые выполняют функции транзисторов, что позволяет формировать живые «печатные платы» на питательной среде в чашке Петри. В традиционной электронике транзисторы выступают в роли переключателей, регулирующих прохождение электрического тока. В новой разработке бактерии управляют перемещением сигнальных молекул, которые передают информацию между компонентами биологической схемы, как сообщает Science Daily.
Исследователи сконструировали два типа бактериальных транзисторов и три дополнительных штамма, действующих как реле между ними. Такая модульная система позволяет собирать разнообразные логические схемы, в том числе способные складывать два или три сигнала и направлять один сигнал к заданному адресату. По словам ведущего автора работы Хамида Дустхоссейни, эти пять штаммов являются базовыми элементами, из которых можно построить практически любую вычислительную операцию.
В качестве основы для компонентов использовалась бактерия Pantoea agglomerans, обычно обитающая на поверхности растений. Транзисторы реагируют на молекулу OC 6, включаясь или выключаясь при её обнаружении, а также воспринимают вторую молекулу-мишень OC 12. В зависимости от наличия этих сигналов клетка производит выходную молекулу OHC 14, которую релейные штаммы преобразуют для передачи следующему транзистору, что позволяет соединять клетки подобно деталям электронной платы.
Для сборки схем колонии бактерий наносились на агаровую среду с интервалом около пяти миллиметров, что обеспечивает однонаправленное распространение химических сигналов. В ходе экспериментов учёные продемонстрировали, что один и тот же транзистор способен выполнять разные логические операции в зависимости от расположения в цепи. Самая крупная из созданных схем включала 24 соединённые бактериальные колонии и выполняла сложение двух входных сигналов.
Старший автор исследования Кристофер Войгт отмечает, что соединение простых функций в отдельных клетках позволяет достигать более сложных результатов, и вычислительно такие схемы не уступают современным электронным устройствам. Однако скорость работы бактериальных цепей невелика: каждая операция занимает около восьми часов, что приемлемо для биологических применений. Потенциально такие живые вычислители можно размещать на корнях растений для обнаружения стрессовых состояний, например засухи или атак вредителей, и запуска защитных реакций, таких как выработка фунгицида.
Работа опубликована в журнале Nature Chemical Biology. Финансирование исследования частично осуществлялось Агентством перспективных оборонных исследовательских проектов США (DARPA) и Агентством перспективных исследовательских проектов в сфере разведки США (IARPA).