In una mossa che offusca il confine tra biologia e scheda madre, i ricercatori del MIT hanno ingegnerizzato batteri per funzionare come transistor viventi, creando 'schede di circuito' biologiche che possono essere stampate su una piastra di Petri. Perché se c'è una cosa di cui abbiamo bisogno, è più circuiti - solo che questa volta sono organici.

Nell'elettronica convenzionale, i transistor agiscono come interruttori che controllano la corrente elettrica. Nel sistema del MIT, cellule batteriche ingegnerizzate fanno qualcosa di simile, ma invece di elettroni, regolano il movimento di piccole molecole segnale. Queste molecole poi trasportano informazioni ad altri componenti nel circuito biologico, creando essenzialmente una minuscola rete di computer morbida.

I ricercatori hanno costruito due tipi di transistor batterici e tre ceppi batterici aggiuntivi che fungono da relè tra di loro. Insieme, questi cinque ceppi formano un kit di strumenti modulare che può essere organizzato per costruire quasi qualsiasi tipo di circuito. Nel loro nuovo studio, hanno dimostrato circuiti capaci di sommare due o tre input e di dirigere un singolo input verso una destinazione scelta. Perché chi non ha bisogno di una calcolatrice batterica?

'Abbiamo costruito alcuni componenti iniziali di architettura informatica che sono comunemente usati, ma qualsiasi operazione può essere costruita con questi cinque ceppi', dice Hamid Doosthosseini PhD '25, postdoc del MIT e autore principale dello studio. Traduzione: Il futuro dell'informatica potrebbe odorare leggermente di agar.

Una potenziale applicazione è posizionare questi circuiti viventi su foglie o radici di piante, dove potrebbero elaborare informazioni ambientali e aiutare le piante a rilevare e rispondere a stress come siccità o attacchi di parassiti. Finalmente, un uso per i batteri che non coinvolge antibiotici o cibo avariato.

Christopher Voigt, capo del Dipartimento di Ingegneria Biologica del MIT, è l'autore senior, e l'articolo è stato recentemente pubblicato su Nature Chemical Biology. Anche l'ex postdoc del MIT Haorong Chen ha contribuito, presumibilmente dando un nome ad alcuni ceppi.

I circuiti di biologia sintetica tipicamente coinvolgono l'ingegnerizzazione di cellule per produrre proteine e fattori di trascrizione che interagiscono. Questi sistemi possono essere programmati per rilevare molecole e produrre risposte. Tuttavia, la loro complessità è limitata perché ogni operazione richiede fattori di trascrizione distinti per evitare interferenze di segnale. C'è un tetto pratico su quanto complicato possa diventare un circuito all'interno di una singola cellula - impacchettarne troppi sovraccarica il macchinario di produzione proteica. Il team del MIT ha aggirato questo problema usando singole cellule come componenti modulari, non cercando di stipare un intero circuito in un singolo batterio.

Per i loro componenti, hanno usato Pantoea agglomerans, un batterio che cresce comunemente sulle superfici delle piante. Hanno ingegnerizzato due versioni di transistor batterici che rispondono a una molecola chiamata OC 6 - uno si accende quando incontra la molecola, l'altro si spegne. Ogni transistor rileva anche una seconda molecola bersaglio, OC 12. A seconda della presenza di OC 12 e dello stato di attivazione del transistor, la cellula produce una molecola di output chiamata OHC 14. È come un gioco molecolare del telefono, ma con la chimica.

Il team ha anche ingegnerizzato tre ceppi di Pantoea agglomerans per fungere da relè, convertendo il segnale OHC 14 in un altro output che funge da input per il prossimo transistor. Questo permette di 'collegare' insieme i singoli componenti, proprio come le parti su una scheda di circuito elettronico. Hanno persino costruito un interruttore bidirezionale usando due transistor che rilevano OC 12, instradando le informazioni attraverso diversi relè in base a un input di interruttore separato.

Per assemblare i circuiti, hanno stampato colonie batteriche su piastre di agar, distanziando ogni colonia di circa 5 millimetri dalla vicina. Questo assicura che i segnali chimici raggiungano solo la colonia successiva, mantenendo il flusso di informazioni in una direzione. Nessuna parola su se abbiano usato un saldatore minuscolo.

I ricercatori hanno mostrato che lo stesso transistor batterico può eseguire più operazioni logiche a seconda della sua posizione, inclusi gate 'multi-input', 'or' e 'imply'. Con