Исследователи Массачусетского технологического института создали бактерии, способные работать по принципу транзисторов. Из таких микроорганизмов можно собирать биологические схемы и печатать их на питательной среде в чашке Петри. Фото: Courtesy of the researchers, edited by MIT News
В обычной электронике транзисторы управляют прохождением электрического тока. В разработанной биологической системе бактерии регулируют перемещение сигнальных молекул, передающих информацию между элементами схемы. Такой подход позволяет объединять отдельные клетки в более сложные конструкции.
Учёные создали два вида бактериальных транзисторов и три штамма, выполняющих роль реле. Всего пять разновидностей бактерий можно комбинировать для построения разных схем. В ходе экспериментов специалисты собрали системы, способные обрабатывать два или три входных сигнала и направлять поступающую информацию к выбранному участку цепи.
Для работы транзисторов использовали бактерию Pantoea agglomerans, которая часто встречается на поверхностях растений. Один вариант активируется молекулой OC-6, другой, напротив, отключается под её воздействием. При наличии другой молекулы, OC-12, клетки с учётом своего состояния вырабатывают сигнальное вещество OHC-14.
Три дополнительных штамма преобразуют сигнал OHC-14 в новый импульс и передают его следующему элементу. Колонии бактерий печатали на пластинах с агаром, размещая соседние участки примерно в пяти миллиметрах друг от друга. Такое расстояние ограничивает распространение химических сигналов и задаёт последовательный маршрут передачи информации.
Созданные схемы выполняли несколько логических операций, включая обработку нескольких входов, операции «или» и «если — то». Самая крупная конструкция включала 24 связанные колонии и складывала два сигнала. Один расчёт занимал около восьми часов, однако разработчики считают такую скорость достаточной для биологических задач, например для размещения схем на корнях или листьях растений, где они могли бы выявлять засуху, вредителей или другие признаки стресса и запускать ответную реакцию.