Исследователи создали бактериальные колонии, функционирующие как транзисторы: они выполняют базовые вычисления с помощью химических сигналов вместо электрических.
Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) создали бактерии, выполняющие функции транзисторов, и разработали на их основе «живые печатные платы». Такие платы можно наносить на питательную среду в чашках Петри, и они способны выполнять базовые логические вычисления, используя химические сигналы вместо электрических.
Как это работает
Исследование, опубликованное в журнале Nature Chemical Biology 17 августа, основано на использовании бактерии Pantoea agglomerans, широко распространённой на поверхности растений. Ведущий автор Хамид Дустхоссейни и старший автор Кристофер Войгт, руководитель кафедры биологической инженерии Массачусетского технологического института, разработали два типа бактериальных транзисторов и три ретрансляционных штамма, которые передают молекулярные сигналы в одном направлении между колониями.
Команда наносила бактериальные колонии на агаровые пластины на расстоянии около пяти миллиметров друг от друга с помощью акустического жидкостного дозатора. Пространственное расположение колоний определяет функцию схемы: это означает, что исследователи могут строить различные вычислительные системы, просто меняя компоновку, а не переписывая генетический код. Наиболее масштабная из продемонстрированных схем объединяла 24 бактериальные колонии для выполнения арифметических вычислений; помимо этого, команда продемонстрировала логические элементы ИЛИ, операции импликации и демультиплексор, который направляет сигналы в зависимости от управляющего входа.
Медленно, но целенаправленно
Эти биологические схемы работают значительно медленнее кремниевых — одно вычисление занимает около восьми часов. Однако исследователи утверждают, что скорость не является принципиальной для биологических приложений, где мониторинг сельскохозяйственных почв или здоровья растений разворачивается на протяжении часов, дней и целых вегетационных сезонов.
«Мы не пытаемся заменить компьютеры», — заявил Войгт согласно официальному сообщению MIT. Цель состоит в том, чтобы встроить вычислительное управление непосредственно в живые экосистемы.
Перспективы применения
Исследователи планируют размещать бактериальные схемы на корнях или листьях растений, где те смогут обнаруживать засуху, вредителей или болезни и запускать биологические реакции — например, вырабатывать фунгициды. Этот подход также решает давнюю проблему синтетической биологии: перегрузку белок-синтезирующего аппарата клетки при попытке сосредоточить в ней слишком много функций. Распределение вычислений между множеством специализированных колоний позволяет обойти это узкое место.
Исследование частично финансировалось DARPA и IARPA.
Комментариев нет:
Отправить комментарий