Биотранзисторы из бактерий 26.08.2026

Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) создали бактерии, способные выполнять основные функции переключения транзисторов. Этот прорыв позволяет создавать биологические схемы из живых клеток вместо электронных компонентов. Команда наносила колонии бактерий на агаре в чашках Петри. Химические сигналы передаются между колониями, благодаря чему клетки могут обрабатывать информацию и выполнять логические операции.

Такой подход в будущем может перенести вычисления непосредственно в биологическую среду. Исследователи представляют себе бактерии, расположенные на листьях или корнях растений, которые будут проявлять признаки стресса и будут запускать соответствующие реакции без использования традиционной электроники. Работа частично финансировалась DARPA и IARPA.

Ученые использовали Pantoea agglomerans - бактерию, которая часто встречается на растениях и других поверхностях. Они генетически модифицировали две версии этой бактерии, чтобы они работали как биологические транзисторы. Один транзистор включается при поступлении химического сигнала. Другой выполняет противоположную функцию. Оба могут распознавать определенную молекулу и генерировать отдельный химический выходной сигнал.

Еще три штамма бактерий выполняют роль реле между транзисторами. Они преобразуют один химический сигнал в другой, который может распознать следующий компонент схемы. Это дает исследователям возможность объединять отдельные клетки в более крупные сети.

В электронных схемах электрические сигналы передаются по проводам, тогда как в этих биологических схемах молекулы передаются между колониями бактерий. Команда наносила колонии на агар с расстоянием около 5 миллиметров между соседними клетками. Такой интервал помогает сигналам проходить к нужной следующей колонии. При этом эксперты могут изменять компоновку схемы, не перепроектируя каждый ее компонент.

Исследователи продемонстрировали несколько логических функций с помощью своих бактериальных транзисторов. Их схемы могут обрабатывать несколько входных сигналов и направлять сигналы на конкретные выходы. Одна система складывает два входных сигнала, используя 24 бактериальные колонии. Другие конфигурации могут выполнять операции "ИЛИ" и импликации.

"Команда также создала демультиплексор. Эта схема принимает один входной сигнал и направляет его в разные точки назначения в зависимости от другого, управляющего сигнала. Модульная конструкция решает одну из проблем традиционной синтетической биологии. Разработчики часто размещают множество функций в одной клетке", - отмечает Interesting Engineering.

В конечном итоге такая стратегия может перегрузить клеточный механизм, отвечающий за синтез белков. Она также создает проблемы, возникающие, когда различные биологические компоненты начинают взаимодействовать друг с другом. Распределение функций между несколькими клетками открывает еще один путь к более сложным биологическим вычислениям.

Эти схемы по-прежнему чрезвычайно медленны по сравнению с электронными компьютерами. Для бактериальной схемы требуется около восьми часов, чтобы выполнить одно вычисление. Однако это ограничение менее важно для приложений, связанных с биологическими процессами. Растения функционируют в течение часов, дней и целых сезонов роста.

"Мы не пытаемся заменить компьютеры", - сказал Кристофер Фойгт, заведующий кафедрой биологической инженерии Массачусетского технологического института (MIT). - "Цель заключается в том, чтобы предоставить биологическим системам собственный механизм вычислительного контроля".

Специалисты из MIT планируют в конечном итоге размещать такие схемы на корнях или листьях растений. Бактерии могли бы обнаруживать сигналы, связанные с засухой, вредителями или болезнями. Обнаруженное состояние могло бы запускать биологическую реакцию. Одно из предложенных Одно из применений предполагает выработку фунгицида после того, как схема обнаружит стресс у растения. Эта работа указывает на другой тип вычислительной архитектуры. Вместо того чтобы интегрировать биологию в электронные системы, исследователи начинают переносить вычисления непосредственно внутрь живых систем.