В Массачусетском технологическомо институте (США) заставили бактерии работать как транзисторы и собрали из них биологические схемы в чашках Петри, получив аналоги «живых печатных плат», которые способны выполнять логические операции.

Исследователи разработали два типа транзисторов, а также три штамма бактерий, которые служат связующим звеном между ними — передают информацию и формируют базовые строительные блоки для проектирования практически любых схем. Им удалось создать схемы, способные суммировать сигналы двух или трех входов либо направлять сигнал одного входа в заданную точку схемы.

С помощью этих пяти компонентов можно выполнить любую операцию, утверждают авторы работы. В созданных ими биологических цепях бактериальные переключатели управляют потоком небольших молекул, которые передают сигналы последующим компонентам цепи. В МТИ надеются размещать разработанные схемы на листьях или корнях растений, чтобы определять параметры окружающей среды и, к примеру, реагировать на такие внешние условия, как засуха или появление вредителей.

В отличие от предыдущих работ, где пытались разместить слишком много схем внутри одной клетки, исследователи МТИ пошли другим путем, создав работающие как транзисторы отдельные ячейки‑элементы, которые можно комбинировать, собирая различные схемы.

Чтобы сделать такие «живые переключатели», в МТИ использовали обычные бактерии, обитающие на растениях (вид Pantoea agglomerans), и адаптировали их для включения/выключения сигналов — то есть выполнения функций транзисторов. Разработано два типа таких элементов: один активируется молекулой OC‑6, второй — деактивируется ею (OC‑6, далее OC‑12 и OHC‑14 — условные обозначения молекул, позволяющие описывать их роли как сигналов в схеме).

Выходной сигнал (молекула OHC‑14) появляется только при одновременном выполнении двух условий: во‑первых, транзистор должен находиться в нужном состоянии (что регулируется молекулой OC‑6), во‑вторых, должна быть обнаружена целевая молекула OC‑12. Таким образом, элемент реализует логическую операцию «И». OC‑6 и OC‑12 – входные сигналы, OHC‑14 — выходной.

В МТИ создали биологические схемы, разместив колонии бактерий в чашках Петри с питательной средой. Каждую колонию располагают примерно в 5 мм от соседней — этого достаточно, чтобы сигнал доходил только до ближайшей колонии, которая затем передает его дальше. Информация, таким образом, проходит только в одном направлении.

«Транзисторы» на базе бактериальных колоний реализуют логические операции (в том числе «И» и «ИЛИ»), из них собирают более сложные узлы — к примеру, сумматоры и демультиплексоры. Хотя биологические вычисления происходят намного медленнее, чем в электронных схемах, занимая несколько часов, этого вполне достаточно для биологических задач. Цель работы — не заменить компьютеры, а внедрить вычислительное управление в живые системы.