Bakteereista eläviä transistoreita

MIT:n insinöörit yhdistävät bakteerien yhdyskuntia luodakseen eläviä transistoreita, jotka pystyvät suorittamaan monimutkaisia laskelmia.

Tutkijat suunnittelivat kaksi erilaista transistoria sekä kolme bakteerikantaa, jotka välittävät informaatiota transistoreiden välillä, antaen heille rakenneosat, joita he tarvitsevat lähes minkä tahansa tyyppisen piirin suunnitteluun.

”Olemme rakentaneet joitakin yleisesti käytettyjä tietokonearkkitehtuurien komponentteja, mutta näillä viidellä kannalla voidaan rakentaa mikä tahansa operaatio”, sanoo Hamid Doosthosseini, MIT:n postdoc ja uuden tutkimuksen pääkirjoittaja.

Tämän lähestymistavan avulla tutkijat toivovat kehittävänsä piirejä, jotka jonain päivänä voisivat päällystää kasvien lehtiä tai juuria, ja joissa ne voisivat laskea ja reagoida ympäristöolosuhteisiin, kuten kuivuuteen tai tuholaisten hyökkäyksiin.

Synteettisen biologian piirejä suunnitellessaan tutkijat tyypillisesti muokkaavat soluja ilmentämään proteiineja ja transkriptiotekijöitä, jotka vuorovaikuttavat keskenään suorittaakseen tehtävän, kuten kohdemolekyylin aistimisen, mikä sitten laukaisee tietyn tuotoksen tuotannon. Nämä yksinkertaiset piirit voivat suorittaa vain erilaisia logiikkatoimintoja.

Uudessa työssään tutkijat omaksuivat erilaisen lähestymistavan: Sen sijaan, että he olisivat rakentaneet kokonaisen piirin yhteen kennoon, he suunnittelivat kennoja, jotka voisivat toimia transistoreina. Näitä transistoreita voidaan sitten yhdistää eri tavoin erilaisten piirien luomiseksi.

Transistoreiden luomiseksi tutkijat valitsivat Pantoea agglomerans -nimisen bakteerin. Ja virtapiirit luotiin tulostamalla bakteeripesäkkeitä agar-kasvualustaa sisältäville levyille. Jokainen pesäke tulostetaan noin viiden millimetrin päähän lähimmästä. Tämä sallii signaalien kulkea vain lähimpään pesäkkeeseen, joka sitten välittää ne seuraavalle, joten informaatio kulkee vain yhteen suuntaan.

Bakteeripisteet kasvavat ruudukossa seitsemän päivän ajan. Näistä soluista tehdyt piirit suorittavat kunkin laskelman noin kahdeksassa tunnissa. Biologisissa sovelluksissa se on tutkijoiden mukaan kuitenkin kohtuullinen aika.

”Emme yritä korvata tietokoneita, vaan pikemminkin tuoda laskennallista ohjausta biologiaan. Jos kasvin juuressa on bakteereja, yksinkertaisen laskennan suorittaminen yön yli on riittävän nopeaa suhteessa kasvukauteen”, Voigt sanoo.

Aiheesta aiemmin:

Grafeenianturi mittaa kasvinlehtien nesteytystä reaaliajassa

Kommunikointia kasvien kanssa

Energian varastointi kasvien elektronisiin juuriin