I ett drag som suddar ut gränsen mellan biologi och ditt moderkort har MIT-forskare konstruerat bakterier att fungera som levande transistorer, vilket skapar biologiska 'kretskort' som kan skrivas ut på en petriskål. För om det är en sak vi behöver, så är det mer kretsar – bara den här gången är de organiska.

I konventionell elektronik fungerar transistorer som strömbrytare som styr elektrisk ström. I MIT-systemet gör konstruerade bakterieceller något liknande, men istället för elektroner reglerar de rörelsen av små signalmolekyler. Dessa molekyler bär sedan information till andra komponenter i den biologiska kretsen, vilket i princip skapar ett litet, kladdigt datornätverk.

Forskarna konstruerade två typer av bakterietransistorer och tre ytterligare bakteriestammar som fungerar som reläer mellan dem. Tillsammans bildar dessa fem stammar ett modulärt verktygslåda som kan arrangeras för att bygga nästan vilken typ av krets som helst. I sin nya studie demonstrerade de kretsar som kan addera två eller tre ingångar och dirigera en enda ingång till en vald destination. För vem behöver inte en bakteriekalkylator?

'Vi har byggt några initiala datorarkitekturkomponenter som är vanligt förekommande, men vilken operation som helst kan byggas med dessa fem stammar', säger Hamid Doosthosseini PhD '25, en MIT-postdoktor och huvudförfattare till studien. Översättning: Framtidens datorer kan komma att lukta vagt av agar.

En potentiell tillämpning är att placera dessa levande kretsar på växtblad eller rötter, där de skulle kunna bearbeta miljöinformation och hjälpa växter att upptäcka och reagera på stress som torka eller skadedjursangrepp. Äntligen en användning för bakterier som inte involverar antibiotika eller förstörd mat.

Christopher Voigt, chef för MIT:s avdelning för biologisk ingenjörskonst, är senior författare, och artikeln publicerades nyligen i Nature Chemical Biology. Tidigare MIT-postdoktor Haorong Chen bidrog också, förmodligen genom att namnge några stammar.

Syntetiska biologiska kretsar involverar vanligtvis att konstruera celler för att producera proteiner och transkriptionsfaktorer som interagerar. Dessa system kan programmeras att detektera molekyler och producera svar. Men deras komplexitet är begränsad eftersom varje operation kräver distinkta transkriptionsfaktorer för att undvika signalstörningar. Det finns en praktisk gräns för hur komplicerad en krets kan bli inuti en enda cell – att packa för många överväldigar proteinproduktionsmaskineriet. MIT-teamet kringgick detta genom att använda enskilda celler som modulära komponenter, inte genom att försöka klämma in en hel krets i en enda bakterie.

För sina komponenter använde de Pantoea agglomerans, en bakterie som vanligtvis växer på växtytor. De konstruerade två versioner av bakterietransistorer som reagerar på en molekyl som kallas OC 6 – en slås på när den möter molekylen, den andra stängs av. Varje transistor känner också av en andra målmolekyl, OC 12. Beroende på om OC 12 är närvarande och transistoraktiveringstillståndet producerar cellen en utmolekyl som kallas OHC 14. Det är som en molekylär visklek, men med kemi.

Teamet konstruerade också tre stammar av Pantoea agglomerans för att fungera som reläer, som omvandlar OHC 14-signalen till en annan utsignal som fungerar som ingång för nästa transistor. Detta gör att enskilda komponenter kan 'kopplas ihop', ungefär som delar på ett elektroniskt kretskort. De byggde till och med en dubbelriktad switch med två transistorer som detekterar OC 12, som dirigerar information genom olika reläer baserat på en separat switch-ingång.

För att montera kretsar skrev de ut bakteriekolonier på agarplattor, med cirka 5 millimeters mellanrum mellan varje koloni. Detta säkerställer att kemiska signaler bara når nästa koloni, vilket håller informationen i en riktning. Ingen uppgift om huruvida de använde en liten lödkolv.

Forskarna visade att samma bakterietransistor kunde utföra flera logiska operationer beroende på dess position, inklusive 'multi-ingång', 'eller' och 'implicera' grindar. Genom att