Истражувачки тим од Масачусетскиот институт за технологија (МИТ) конструираше живи транзистори од генетски модифицирани бактерии, овозможувајќи создавање биолошки плочки печатени на хранлив агар. Наместо електрична струја, овие микроскопски прекинувачи регулираат проток на мали молекули што пренесуваат сигнали низ колото. Технологијата овозможува вршење пресметковни операции директно во жива материја, со примарна цел за примена во земјоделството.
Во класичната синтетичка биологија, научниците обично се обидуваат да го вградат целото логичко коло во една единствена клетка. Овој пристап брзо создава биолошко тесно грло: клетката се преоптоварува со производство на протеини, а ограничениот број фактори на транскрипција предизвикува мешање на сигналите.
Тимот од МИТ избра целосно поинаква архитектура. Наместо пренатрупување на една клетка, тие ја искористија бактеријата Pantoea agglomerans — микроорганизам кој природно живее на површината на растенијата — за да изградат поединечни компоненти. Конструирани се два вида транзистори кои реагираат на влезната молекула OC-6 (едниот се вклучува, другиот се исклучува) и истовремено детектираат целна молекула OC-12. Во зависност од состојбата на прекинувачот, транзисторот ослободува излезна молекула OHC-14.
Покрај двата транзистори, инженерите развија и три бактериски соеви со улога на релеи. Овие релеи го прифаќаат сигналот OHC-14 и го преведуваат во форма читлива за следниот транзистор во низата. На овој начин, точно како кај бакарните водови на матична плоча, информациите патуваат од една биолошка единица до друга.
За да ја тестираат функционалноста на системот, истражувачите печатеа бактериски колонии на плочи со агар на прецизно растојание од 5 милиметри. Оваа дистанца е клучна: таа гарантира дека хемиските сигнали дифундираат исклучиво до најблиската колонија, обезбедувајќи насочен проток на податоци без несакано мешање.
Со вакво поврзување, тимот демонстрираше повеќе логички порти („ИЛИ“, порти со повеќе влезови и импликациски порти), демултиплексер и склопови за собирање сигнали. Најсложеното коло броеше 24 бактериски колонии кои успешно собраа два влезна податоци.
Пресметките траат околу осум часа по циклус. Иако оваа брзина е неспоредливо побавна од брзината на силиконските процесори, авторите на студијата посочуваат дека целта не е замена на конвенционалните компјутери. Во биолошки средини, каде што процесите се мерат во денови или недели, циклус од осум часа овозможува навремена контрола и дејство.
Главниот потенцијал за практична примена на живите кола лежи во заштитата на земјоделските култури. Бидејќи бактеријата Pantoea agglomerans природно опстојува на растителните ткива, ваквите кола можат да се нанесат на корењата или листовите.
Поставени на растението, бактериските колонии можат деноноќно да ја следат состојбата на почвата и влагата. Доколку регистрираат комбинација од стресни фактори, како недостиг на вода или појава на габични паразити, бактериите автономно ќе активираат пресметка и ќе започнат синтеза на фунгицид или заштитни соединенија, без потреба од надворешна интервенција.
Студијата е неодамна објавена во научното списание Nature Chemical Biology, под раководство на Кристофер Војт, раководител на Одделот за биолошко инженерство на МИТ, и постдокторандот Хамид Достхосеини како главен автор. Истражувањето делумно беше финансирано од американските одбранбени агенции ДАРПА (DARPA) и ИАРПА (IARPA).
