Dans une démarche qui brouille la frontière entre la biologie et votre carte mère, des chercheurs du MIT ont conçu des bactéries pour fonctionner comme des transistors vivants, créant des 'cartes de circuits imprimés' biologiques qui peuvent être imprimées sur une boîte de Pétri. Parce que s'il y a une chose dont nous avons besoin, c'est bien plus de circuits - seulement cette fois, ils sont organiques.

Dans l'électronique conventionnelle, les transistors agissent comme des interrupteurs contrôlant le courant électrique. Dans le système du MIT, des cellules bactériennes modifiées font quelque chose de similaire, mais au lieu d'électrons, elles régulent le mouvement de petites molécules de signalisation. Ces molécules transportent ensuite l'information vers d'autres composants du circuit biologique, créant essentiellement un minuscule réseau informatique visqueux.

Les chercheurs ont construit deux types de transistors bactériens et trois souches bactériennes supplémentaires qui agissent comme des relais entre eux. Ensemble, ces cinq souches forment un kit modulaire qui peut être arrangé pour construire presque n'importe quel type de circuit. Dans leur nouvelle étude, ils ont démontré des circuits capables d'additionner deux ou trois entrées et de diriger une entrée unique vers une destination choisie. Parce que qui n'a pas besoin d'une calculatrice bactérienne ?

'Nous avons construit certains composants d'architecture informatique initiaux qui sont couramment utilisés, mais n'importe quelle opération peut être construite avec ces cinq souches', déclare Hamid Doosthosseini PhD '25, postdoc au MIT et auteur principal de l'étude. Traduction : l'avenir de l'informatique pourrait sentir légèrement l'agar.

Une application potentielle consiste à placer ces circuits vivants sur des feuilles ou des racines de plantes, où ils pourraient traiter des informations environnementales et aider les plantes à détecter et à répondre à des stress comme la sécheresse ou les attaques de parasites. Enfin, une utilisation pour les bactéries qui n'implique pas d'antibiotiques ou de nourriture avariée.

Christopher Voigt, chef du département de génie biologique du MIT, est l'auteur principal, et l'article a été récemment publié dans Nature Chemical Biology. L'ancien postdoc du MIT Haorong Chen a également contribué, probablement en nommant quelques souches.

Les circuits de biologie synthétique impliquent généralement de modifier des cellules pour produire des protéines et des facteurs de transcription qui interagissent. Ces systèmes peuvent être programmés pour détecter des molécules et produire des réponses. Cependant, leur complexité est limitée car chaque opération nécessite des facteurs de transcription distincts pour éviter les interférences de signal. Il y a un plafond pratique sur la complexité d'un circuit à l'intérieur d'une seule cellule - en entasser trop submerge la machinerie de production de protéines. L'équipe du MIT a contourné ce problème en utilisant des cellules individuelles comme composants modulaires, plutôt que d'essayer de caser un circuit entier dans une seule bactérie.

Pour leurs composants, ils ont utilisé Pantoea agglomerans, une bactérie qui pousse couramment sur les surfaces des plantes. Ils ont conçu deux versions de transistors bactériens qui répondent à une molécule appelée OC 6 - l'un s'allume lorsqu'il rencontre la molécule, l'autre s'éteint. Chaque transistor détecte également une deuxième molécule cible, OC 12. Selon que OC 12 est présent et l'état d'activation du transistor, la cellule produit une molécule de sortie appelée OHC 14. C'est comme un jeu de téléphone moléculaire, mais avec de la chimie.

L'équipe a également conçu trois souches de Pantoea agglomerans pour agir comme des relais, convertissant le signal OHC 14 en une autre sortie qui sert d'entrée pour le transistor suivant. Cela permet de 'câbler' les composants individuels ensemble, un peu comme des pièces sur une carte de circuit imprimé électronique. Ils ont même construit un interrupteur bidirectionnel utilisant deux transistors qui détectent OC 12, routant l'information à travers différents relais en fonction d'une entrée de commutation séparée.

Pour assembler les circuits, ils ont imprimé des colonies bactériennes sur des plaques d'agar, espaçant chaque colonie d'environ 5 millimètres de sa voisine. Cela garantit que les signaux chimiques n'atteignent que la colonie suivante, gardant l'information qui circule dans une seule direction. Aucune mention de l'utilisation d'un fer à souder miniature.

Les chercheurs ont montré que le même transistor bactérien pouvait effectuer plusieurs opérations logiques selon sa position, y compris des portes 'multi-entrées', 'ou' et 'implique'. En