생물학과 마더보드 사이의 경계를 흐리는 움직임으로, MIT 연구진은 박테리아가 살아있는 트랜지스터로 기능하도록 설계하여 페트리 접시에 인쇄할 수 있는 생물학적 '회로 기판'을 만들었습니다. 우리에게 필요한 것이 하나 더 있다면 회로인데, 이번에는 유기적입니다.

기존 전자 제품에서 트랜지스터는 전류를 제어하는 스위치 역할을 합니다. MIT 시스템에서 조작된 박테리아 세포는 비슷한 일을 하지만, 전자 대신 작은 신호 분자의 이동을 조절합니다. 이 분자들은 생물학적 회로의 다른 구성 요소에 정보를 전달하여 본질적으로 작고 말랑말랑한 컴퓨터 네트워크를 만듭니다.

연구진은 두 가지 유형의 박테리아 트랜지스터와 그 사이에서 릴레이 역할을 하는 세 가지 추가 박테리아 균주를 구축했습니다. 함께, 이 다섯 균주는 거의 모든 종류의 회로를 배열할 수 있는 모듈식 도구 키트를 형성합니다. 그들의 새로운 연구에서, 그들은 두세 개의 입력을 추가하고 단일 입력을 선택된 목적지로 보내는 회로를 시연했습니다. 박테리아 계산기가 필요하지 않은 사람이 어디 있겠습니까?

"우리는 일반적으로 사용되는 몇 가지 초기 컴퓨터 아키텍처 구성 요소를 구축했지만, 이 다섯 균주로 어떤 연산도 구축할 수 있습니다"라고 MIT 박사후 연구원이자 연구의 주 저자인 Hamid Doosthosseini PhD '25는 말합니다. 번역: 컴퓨팅의 미래는 은은하게 한천 냄새가 날지도 모릅니다.

한 가지 잠재적인 응용 분야는 이러한 살아있는 회로를 식물의 잎이나 뿌리에 배치하여 환경 정보를 처리하고 가뭄이나 해충 공격과 같은 스트레스를 감지하고 대응하도록 돕는 것입니다. 마침내, 항생제나 상한 음식과 관련되지 않은 박테리아의 용도입니다.

MIT 생물공학과 학과장인 Christopher Voigt가 수석 저자이며, 이 논문은 최근 Nature Chemical Biology에 게재되었습니다. 전 MIT 박사후 연구원인 Haorong Chen도 기여했는데, 아마도 몇몇 균주에 이름을 붙였을 것입니다.

합성 생물학 회로는 일반적으로 단백질과 전사 인자를 생산하도록 세포를 조작하여 상호 작용하게 합니다. 이러한 시스템은 분자를 감지하고 반응을 생성하도록 프로그래밍될 수 있습니다. 그러나 각 작업이 신호 간섭을 피하기 위해 별개의 전사 인자를 필요로 하기 때문에 그 복잡성은 제한됩니다. 단일 세포 내부에서 회로가 얼마나 복잡해질 수 있는지에는 실질적인 한계가 있습니다. 너무 많이 채우면 단백질 생산 기계가 압도됩니다. MIT 팀은 전체 회로를 하나의 박테리아에 집어넣는 대신 개별 세포를 모듈식 구성 요소로 사용하여 이 문제를 우회했습니다.

구성 요소를 위해 그들은 식물 표면에서 흔히 자라는 박테리아인 Pantoea agglomerans를 사용했습니다. 그들은 OC 6라는 분자에 반응하는 두 가지 버전의 박테리아 트랜지스터를 설계했습니다. 하나는 분자를 만나면 켜지고 다른 하나는 꺼집니다. 각 트랜지스터는 또한 OC 12라는 두 번째 표적 분자를 감지합니다. OC 12의 존재 여부와 트랜지스터의 활성화 상태에 따라 세포는 OHC 14라는 출력 분자를 생성합니다. 그것은 분자 전화 게임과 같지만 화학을 사용합니다.

팀은 또한 Pantoea agglomerans의 세 가지 균주를 릴레이로 작동하도록 설계하여 OHC 14 신호를 다음 트랜지스터의 입력으로 사용되는 다른 출력으로 변환했습니다. 이를 통해 개별 구성 요소를 전자 회로 기판의 부품처럼 함께 '연결'할 수 있습니다. 그들은 또한 OC 12를 감지하는 두 개의 트랜지스터를 사용하여 양방향 스위치를 구축했으며, 별도의 스위치 입력에 따라 다른 릴레이를 통해 정보를 라우팅했습니다.

회로를 조립하기 위해 그들은 박테리아 콜로니를 한천 플레이트에 인쇄하고 각 콜로니를 이웃에서 약 5mm 간격으로 배치했습니다. 이는 화학 신호가 다음 콜로니에만 도달하고 정보가 한 방향으로 흐르도록 보장합니다. 그들이 작은 납땜 인두를 사용했는지에 대한 언급은 없습니다.

연구진은 동일한 박테리아 트랜지스터가 위치에 따라 '다중 입력', '또는', '함의' 게이트를 포함한 여러 논리 연산을 수행할 수 있음을 보여주었습니다.