Инженеры Массачусетского технологического института превратили колонии бактерий в элементы вычислительной системы. Микроорганизмы научили работать как транзисторы и передавать друг другу химические сигналы. Собранная из них экспериментальная схема смогла выполнять простейшие логические операции и складывать входящие сигналы.
Обычный электронный транзистор управляет прохождением электрического тока. В разработке MIT эту функцию выполняют генетически измененные клетки бактерии Pantoea agglomerans, которая встречается на растениях и других поверхностях. Вместо электричества информация между элементами передается при помощи специальных молекул.
Ученые создали два типа бактериальных «транзисторов». Первый включался после получения определенного сигнала, второй, напротив, прекращал работу. Еще три измененных штамма служили ретрансляторами: они принимали одну молекулу, перерабатывали ее и выпускали другую, которую могла распознать следующая колония.
Таким образом исследователи получили набор из пяти универсальных компонентов. Меняя их расположение, можно собирать различные биологические схемы. Во время экспериментов система выполняла логические операции, одновременно обрабатывала несколько сигналов и направляла поступившую информацию к выбранному получателю.
Самая крупная конструкция состояла из 24 бактериальных колоний. Их напечатали на питательной среде в чашке Петри, разместив примерно в пяти миллиметрах друг от друга. Такое расстояние позволяло химическому сигналу достигать соседней колонии, не распространяясь сразу по всей системе.
Скорость живого компьютера пока несопоставима с электроникой: одна операция занимала около восьми часов. Разработчики, однако, не пытаются заменить бактериями обычные процессоры. Их задача — встроить элементы вычисления непосредственно в биологическую среду.
В перспективе такие колонии можно будет размещать на листьях или корнях растений. Система сможет распознавать признаки засухи, заражения или появления вредителей, анализировать несколько сигналов и запускать нужную реакцию — например, производство защитного вещества.
Пока речь идет только о лабораторной технологии. Ученым еще предстоит доказать, что схема сохранит устойчивость за пределами чашки Петри и не потеряет управление в сложной природной среде. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Chemical Biology (NCB).
Читайте также: Ученые выяснили, как рыбы меняют поведение при плохой видимости