生物学とマザーボードの境界線を曖昧にする動きとして、MITの研究者たちは細菌を生きたトランジスタとして機能するように設計し、ペトリ皿に印刷できる生物学的「回路基板」を作り出した。もし私たちに必要なものが一つあるとすれば、それはもっと多くの回路だ。ただし今回は有機的なものだが。

従来のエレクトロニクスでは、トランジスタは電流を制御するスイッチとして機能する。MITのシステムでは、設計された細菌細胞が同様のことを行うが、電子の代わりに小さなシグナル分子の動きを調節する。これらの分子はその後、生物学的回路内の他のコンポーネントに情報を運び、本質的に小さくて柔らかいコンピュータネットワークを作り出す。

研究者たちは、2種類の細菌トランジスタと、それらの間のリレーとして機能する3つの追加の細菌株を構築した。これらの5つの株は、ほぼあらゆる種類の回路を構築するために配置できるモジュラーツールキットを形成する。彼らの新しい研究では、2つまたは3つの入力を追加し、単一の入力を選択した宛先に導くことができる回路を実証した。細菌計算機を必要としない人がいるだろうか？

「私たちは、一般的に使用されるいくつかの初期のコンピュータアーキテクチャコンポーネントを構築しましたが、これらの5つの株で任意の操作を構築できます」と、MITのポスドクで研究の筆頭著者であるHamid Doosthosseini博士（'25）は言う。言い換えれば、コンピューティングの未来は、かすかに寒天の匂いがするかもしれない。

潜在的な応用の1つは、これらの生きた回路を植物の葉や根に配置し、そこで環境情報を処理して、植物が干ばつや害虫の攻撃などのストレスを検出して応答するのを助けることだ。ついに、抗生物質や腐った食べ物を伴わない細菌の用途が登場した。

MIT生物工学科の責任者であるChristopher Voigtが上級著者であり、この論文は最近Nature Chemical Biologyに掲載された。元MITポスドクのHaorong Chenも貢献しており、おそらくいくつかの株に名前を付けたのだろう。

合成生物学回路は通常、タンパク質や転写因子を産生し相互作用するように細胞を設計することを含む。これらのシステムは、分子を検出し応答を生成するようにプログラムできる。しかし、それらの複雑さは、各操作がシグナル干渉を避けるために異なる転写因子を必要とするため、制限されている。単一の細胞内で回路がどれだけ複雑になり得るかには実際的な上限があり、あまりに多くを詰め込むとタンパク質生産機構が圧倒される。MITチームは、個々の細胞をモジュール部品として使用することでこれを回避し、単一の細菌に回路全体を詰め込もうとはしなかった。

彼らのコンポーネントには、植物の表面に一般的に生息する細菌であるPantoea agglomeransを使用した。彼らは、OC 6と呼ばれる分子に応答する2つのバージョンの細菌トランジスタを設計した。1つは分子に遭遇するとオンになり、もう1つはオフになる。各トランジスタはまた、OC 12と呼ばれる2番目の標的分子を感知する。OC 12が存在するかどうか、およびトランジスタの活性化状態に応じて、細胞はOHC 14と呼ばれる出力分子を生成する。それは分子の伝言ゲームのようなものだが、化学を使っている。

チームはまた、Pantoea agglomeransの3つの株をリレーとして機能するように設計し、OHC 14シグナルを次のトランジスタの入力として機能する別の出力に変換した。これにより、個々のコンポーネントを電子回路基板上の部品のように「配線」することができる。彼らはまた、OC 12を検出する2つのトランジスタを使用して双方向スイッチを構築し、別のスイッチ入力に基づいて異なるリレーを通じて情報をルーティングした。

回路を組み立てるために、彼らは細菌コロニーを寒天プレートに印刷し、各コロニーを隣接するコロニーから約5ミリメートル離した。これにより、化学シグナルが次のコロニーにのみ到達し、情報が一方向に流れることが保証される。彼らが小さなはんだごてを使用したかどうかについては言及されていない。

研究者たちは、同じ細菌トランジスタがその位置に応じて、「多入力」、「OR」、「含意」ゲートを含む複数の論理演算を実行できることを示した。