في خطوة تطمس الخط الفاصل بين علم الأحياء ولوحتك الأم، قام باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) بهندسة بكتيريا لتعمل كترانزستورات حية، مما أدى إلى إنشاء 'لوحات دوائر' بيولوجية يمكن طباعتها على طبق بتري. لأنه إذا كان هناك شيء نحتاجه، فهو المزيد من الدوائر - فقط هذه المرة، عضوية.

في الإلكترونيات التقليدية، تعمل الترانزستورات كمفاتيح تتحكم في التيار الكهربائي. في نظام MIT، تقوم الخلايا البكتيرية المهندسة بشيء مماثل، ولكن بدلاً من الإلكترونات، فإنها تنظم حركة جزيئات الإشارة الصغيرة. تحمل هذه الجزيئات المعلومات إلى مكونات أخرى في الدائرة البيولوجية، مما يؤدي بشكل أساسي إلى إنشاء شبكة كمبيوتر صغيرة ورطبة.

قام الباحثون ببناء نوعين من الترانزستورات البكتيرية وثلاث سلالات بكتيرية إضافية تعمل كمرحلات بينهما. معًا، تشكل هذه السلالات الخمس مجموعة أدوات معيارية يمكن ترتيبها لبناء أي نوع من الدوائر تقريبًا. في دراستهم الجديدة، أظهروا دوائر قادرة على إضافة مدخلين أو ثلاثة وتوجيه مدخل واحد إلى وجهة مختارة. لأن من لا يحتاج إلى آلة حاسبة بكتيرية؟

'لقد بنينا بعض مكونات بنية الكمبيوتر الأولية الشائعة الاستخدام، ولكن يمكن بناء أي عملية باستخدام هذه السلالات الخمس'، كما يقول حميد دوستهوسيني، حاصل على دكتوراه عام 2025، وباحث ما بعد الدكتوراه في MIT والمؤلف الرئيسي للدراسة. الترجمة: مستقبل الحوسبة قد تفوح منه رائحة الآجار.

أحد التطبيقات المحتملة هو وضع هذه الدوائر الحية على أوراق النباتات أو جذورها، حيث يمكنها معالجة المعلومات البيئية ومساعدة النباتات على اكتشاف والاستجابة للضغوط مثل الجفاف أو هجمات الآفات. أخيرًا، استخدام للبكتيريا لا يتضمن المضادات الحيوية أو الطعام الفاسد.

كريستوفر فوغت، رئيس قسم الهندسة البيولوجية في MIT، هو المؤلف الكبير، ونشرت الورقة مؤخرًا في Nature Chemical Biology. كما ساهم هاورونغ تشين، باحث ما بعد الدكتوراه السابق في MIT، في الورقة، ويفترض أنه قام بتسمية بعض السلالات.

تتضمن دوائر البيولوجيا الاصطناعية عادةً هندسة الخلايا لإنتاج بروتينات وعوامل نسخ تتفاعل. يمكن برمجة هذه الأنظمة لاكتشاف الجزيئات وإنتاج الاستجابات. ومع ذلك، فإن تعقيدها محدود لأن كل عملية تتطلب عوامل نسخ مميزة لتجنب تداخل الإشارات. هناك سقف عملي لمدى تعقيد الدائرة داخل خلية واحدة - فحشو الكثير منها يطغى على آلية إنتاج البروتين. تجاوز فريق MIT هذه المشكلة باستخدام خلايا فردية كمكونات معيارية، وليس محاولة حشر دائرة كاملة في بكتيريا واحدة.

بالنسبة لمكوناتهم، استخدموا Pantoea agglomerans، وهي بكتيريا تنمو عادة على أسطح النباتات. قاموا بهندسة نسختين من الترانزستورات البكتيرية التي تستجيب لجزيء يسمى OC 6 - واحدة تعمل عند مواجهتها للجزيء، والأخرى تتوقف. يستشعر كل ترانزستور أيضًا جزيءًا مستهدفًا ثانيًا، OC 12. اعتمادًا على وجود OC 12 وحالة تنشيط الترانزستور، تنتج الخلية جزيءًا ناتجًا يسمى OHC 14. إنها مثل لعبة الهاتف الجزيئية، ولكن مع الكيمياء.

كما قام الفريق بهندسة ثلاث سلالات من Pantoea agglomerans لتعمل كمرحلات، وتحويل إشارة OHC 14 إلى ناتج آخر يعمل كمدخل للترانزستور التالي. وهذا يسمح بتوصيل المكونات الفردية 'بأسلاك' معًا، تمامًا مثل الأجزاء الموجودة على لوحة الدوائر الإلكترونية. حتى أنهم بنوا مفتاحًا ثنائي الاتجاه باستخدام ترانزستورين يكتشفان OC 12، ويوجهان المعلومات عبر مرحلات مختلفة بناءً على مدخل مفتاح منفصل.

لتجميع الدوائر، قاموا بطباعة المستعمرات البكتيرية على أطباق الآجار، مع تباعد كل مستعمرة حوالي 5 ملليمترات عن جارتها. وهذا يضمن وصول الإشارات الكيميائية إلى المستعمرة التالية فقط، مما يحافظ على تدفق المعلومات في اتجاه واحد. لا توجد كلمة حول ما إذا كانوا قد استخدموا مكواة لحام صغيرة.

أظهر الباحثون أن نفس الترانزستور البكتيري يمكنه أداء عمليات منطقية متعددة اعتمادًا على موقعه، بما في ذلك بوابات 'متعددة المدخلات' و'أو' و'تضمين'. من خلال