Обычные синтетические биологические схемы строятся внутри одной клетки, в которой белки и факторы транскрипции выполняют логические операции. Но у этого подхода есть ограничения: во-первых, количество доступных факторов транскрипции ограничено, во-вторых, клетка перестает нормально работать, так как ее белковый синтез перегружен. Команда Массачусетского технологического института пошла другим путем: вместо того чтобы втискивать всю схему в одну бактерию, они распределили логику между отдельными клетками-«транзисторами», которые можно соединять между собой как детали на печатной плате.
Для создания биотранзисторов исследователи выбрали бактерию Pantoea agglomerans. Один тип транзисторов реагировал на молекулу-переключатель OC-6 включением, другой — выключением. Также оба типа чувствовали присутствие молекулы OC-12 и, в зависимости от того, присутствует OC-12 и в каком состоянии находится переключатель, клетка производит выходную молекулу OHC-14. Таким образом, транзистор выдает «сигнал» только при определенной комбинации входных условий, пишет MIT News.
Чтобы передавать сигнал от одного транзистора к другому, команда разработала три штамма-ретранслятора. Они принимают молекулу OHC-14 и преобразуют ее в сигнал, понятный для следующего транзистора. Таким образом сигнал поступает от одной колонии бактерий к другой. Колонии печатают на агаровом геле на расстоянии примерно 5 мм друг от друга, что задает направление потока информации.
Используя эти компоненты, исследователи создали схемы, выполняющие несколько логических операций. Также они собрали сумматор (схему, складывающая два сигнала), устройство для одновременной обработки нескольких сигналов и демультиплексор, который направляет один входящий сигнал в один из нескольких возможных выходов в зависимости от управляющего сигнала. Самая большая схема состояла из 24 колоний, соединенных вместе.
Каждое вычисление занимает около восьми часов. Это, конечно, не сравнимо с электронным компьютером, но приемлемо для применения в биологических системах. Если бактерии на корнях растения смогут выполнять вычисления за ночь, это достаточно быстро в масштабах вегетационного сезона.
В перспективе такие бактериальные схемы могут быть нанесены на корни растений. Они будут чувствовать различные стрессовые сигналы — например, наличие патогена, недостаток воды или повреждение ткани — и в ответ синтезировать нужные молекулы: фунгициды, антимикробные пептиды или регуляторы роста. Такие растения смогут сами диагностировать и лечить себя, без генетической модификации самой культуры — достаточно «запрограммировать» бактерии-симбионты.
Южнокорейские исследователи создали электрохимический органический светоизлучающий транзистор, который одновременно выполняет три функции: обрабатывает сигналы, хранит данные и излучает свет.
