Cercetătorii americani transformă bacteriile în tranzistori vii. Ce pot calcula aceste circuite făcute din microbi

Un iPhone și o colonie de bacterii pot rezolva, teoretic, aceleași probleme de calcul. Diferența e că bacteriilor le trebuie opt ore pentru o operație pe care telefonul o face instant, dar cercetătorii de la MIT tocmai au demonstrat că se poate.

Echipa a construit „tranzistori vii” din bacteria Pantoea agglomerans, un microorganism comun care crește pe frunze și pe alte suprafețe naturale. Rezultatul: circuite biologice care pot fi imprimate direct pe un vas Petri, cu agar în loc de placă de bază.

Într-un circuit electronic clasic, tranzistorul e un întrerupător — pornește sau oprește curentul. În versiunea bacteriană, rolul curentului îl joacă niște molecule mici care circulă între colonii și transmit semnale mai departe, ca niște mesaje trecute din mână în mână.

Cum funcționează, mai exact

Cercetătorii au proiectat două tipuri de tranzistori, ambii activați de o moleculă numită OC-6. Amândoi detectează și o a doua moleculă, OC-12, iar când cele două semnale se combină, bacteria produce o a treia substanță, OHC-14, care devine semnalul de ieșire.

Aici intervine partea inteligentă a sistemului: trei tulpini separate de Pantoea agglomerans funcționează ca relee. Ele preiau semnalul OHC-14 și îl transformă într-o formă pe care următorul tranzistor din lanț o poate „citi”. Practic, bacteriile se conectează între ele exact cum s-ar conecta componentele de pe o placă electronică — doar că totul e viu.

Coloniile sunt imprimate la aproximativ 5 milimetri distanță una de alta. Distanța nu e întâmplătoare: suficient de mică pentru ca semnalul chimic să ajungă la vecina cea mai apropiată, dar suficient de mare cât să nu se amestece toate semnalele într-un haos biologic.

„Am construit câteva componente de bază folosite în arhitectura calculatoarelor, dar cu aceste cinci tulpini poate fi realizată practic orice operație”, spune Hamid Doosthosseini, cercetător postdoctoral la MIT și unul dintre autorii principali ai studiului.

Cel mai mare circuit: 24 de colonii conectate

Echipa a testat deja sisteme care adună două sau trei semnale de intrare și altele care direcționează un semnal către o zonă anume a circuitului. Cel mai complex montaj construit până acum are 24 de colonii bacteriene legate între ele — un fel de placă de bază, dar făcută din organisme vii în loc de siliciu.

Christopher Voigt, coordonatorul Departamentului de Inginerie Biologică al MIT și celălalt autor principal al lucrării, e convins că limita nu ține de complexitate, ci de timp. „Din punct de vedere computațional, nu există nimic ce poate face iPhone-ul tău și aceste circuite să nu poată face”, susține el.

Problema, recunoaște Voigt, e viteza. Un calcul care durează opt ore la bacterii se termină în fracțiuni de secundă pe orice procesor de telefon. Dar pentru scopul urmărit de echipa de la MIT, viteza nu contează la fel de mult.

La ce ar putea folosi, de fapt

„Nu încercăm să înlocuim calculatoarele, ci să introducem capacitatea de calcul în biologie”, explică Voigt. Ideea nu e să concureze cu Apple sau Intel, ci să bage inteligență de calcul acolo unde siliciul nu poate ajunge — direct în țesutul viu.

Cercetătorii se gândesc deja la aplicații pe rădăcinile sau frunzele plantelor, capabile să detecteze seceta ori un atac de dăunători înainte ca acesta să facă pagube vizibile. Un asemenea circuit ar putea recunoaște semnalul de alarmă și ar declanșa automat producerea unei substanțe fungicide, direct în planta afectată.

Studiul a fost publicat în Nature Chemical Biology și marchează unul dintre cele mai avansate exemple de „calcul biologic” realizat până acum cu bacterii obișnuite, nu modificate genetic pentru scopuri exotice, ci adaptate să facă exact ce fac tranzistorii de siliciu — doar că vii.