Американские ученые представили новый подход в синтетической биологии: они создали модифицированные бактерии, которые выполняют функции транзисторов. Это позволяет объединять их в своего рода «живые печатные платы», выращиваемые на питательной среде в чашке Петри.
В традиционной электронике транзистор действует как переключатель, регулирующий поток электричества. В данной разработке бактериальные переключатели управляют движением малых молекул, которые передают сигналы между отдельными компонентами биологической цепи.
Ученые сконструировали два типа бактериальных транзисторов и три дополнительных штамма-ретранслятора, которые преобразуют сигналы для передачи между транзисторами. По словам авторов, этого набора достаточно для построения широкого спектра логических схем. В рамках опубликованной работы они уже создали цепи, способные комбинировать два или три входных сигнала, а также направлять один сигнал по одному из нескольких возможных путей.
В отличие от более распространенного подхода, когда всю схему встраивают внутрь одной клетки, здесь каждый штамм выполняет лишь простую функцию, а сложность достигается за счет соединения отдельных колоний. Бактерии высаживают на агаровую среду на расстоянии примерно 5 миллиметров друг от друга. Сигналы распространяются только между соседними колониями, что обеспечивает однонаправленную передачу информации и предотвращает перекрестные помехи.
Разработанные схемы могут выполнять разные логические операции в зависимости от конфигурации, включая сложение сигналов и демультиплексирование. Самая крупная из представленных цепей состояла из 24 соединенных бактериальных колоний.
Время выполнения одного вычисления составляет около восьми часов, что значительно медленнее работы электронных устройств. Однако ученые отмечают, что их цель не в замене компьютеров. Они рассматривают такие схемы как инструмент для биологического мониторинга и управления. Например, в перспективе подобные системы могут наноситься на листья или корни растений, чтобы распознавать признаки засухи или нападения вредителей и инициировать соответствующие ответные реакции. Для сельскохозяйственных циклов скорость в несколько часов считается приемлемой.
Читайте также: Шум в полупроводниках сделает носимую электронику компактнее и энергоэффективнее