Инженеры Массачусетского технологического института создали экспериментальную вычислительную систему на основе колоний бактерий. Генетически измененные микроорганизмы выполняли функции транзисторов и обменивались химическими сигналами. Схема могла обрабатывать входящие сигналы, выполнять простые логические операции и складывать их.
В качестве основы ученые использовали бактерии Pantoea agglomerans, которые встречаются на растениях и различных поверхностях. В обычной электронике транзистор регулирует движение тока, а в новой системе передача информации происходит с помощью специальных молекул. Для этого исследователи создали 2 вида бактериальных элементов: один активировался после получения сигнала, другой прекращал работу.
Еще 3 измененных штамма выполняли роль ретрансляторов. Они принимали одну молекулу, преобразовывали ее и выделяли другую, понятную следующей колонии. В результате ученые получили 5 универсальных компонентов, из которых можно собирать разные биологические схемы.
Во время испытаний система одновременно обрабатывала несколько сигналов, выполняла логические операции и направляла информацию к выбранному получателю. Самая большая конструкция включала 24 колонии бактерий. Их разместили на питательной среде в чашке Петри примерно в 5 мм друг от друга, чтобы химические сигналы достигали соседних элементов и не распространялись сразу по всей схеме.
По скорости такая система пока значительно уступает электронной технике: на выполнение одной операции уходило около 8 часов. Разработчики не ставят задачу заменить обычные процессоры бактериями. Они рассчитывают использовать вычислительные элементы непосредственно внутри биологических систем.
В будущем подобные колонии могут размещать на листьях или корнях растений для выявления засухи, заражения и появления вредителей. После анализа нескольких сигналов система сможет запускать ответную реакцию, например производство защитного вещества. Пока технология существует только в лаборатории, а ученым предстоит проверить ее устойчивость за пределами чашки Петри; результаты исследования опубликованы в журнале Nature Chemical Biology.
