Ученые вывели бактерии, которые могут функционировать как электронный переключатель. Это позволяет создавать платы, которые можно напечатать на питательной среде в чашке Петри.
В электрических цепях транзисторы выполняют функцию переключателей. В биологических цепях, созданных исследователями из Массачусетского технологического института (США), бактериальные переключатели контролируют поток малых молекул, которые посылают сигналы на последующие компоненты цепи.
При разработке схем синтетической биологии исследователи обычно модифицируют клетки таким образом, чтобы они экспрессировали белки и факторы транскрипции, которые взаимодействуют друг с другом для выполнения какой-либо задачи. Такие схемы могут выполнять различные логические функции, но для предотвращения перекрестных помех внутри них необходимо использовать уникальные факторы транскрипции. Это ограничивает общую сложность, которую можно реализовать в одной клетке. Кроме того, если поместить в одну клетку слишком много схем, это может привести к перегрузке клеточных механизмов синтеза белка.
В новом исследовании ученые применили другой подход: вместо того чтобы встраивать всю схему в одну клетку, они создали клетки, которые могут работать как транзисторы. Их можно комбинировать различными способами для создания разнообразных схем.
Исследователи использовали бактерию Pantoea agglomerans, которая обычно растет на различных поверхностях, в том числе на растениях. Из ее клеток создали два типа транзисторов, которые можно включать и выключать с помощью молекулы OC-6. Один из них включается при подаче сигнала на вход, а другой выключается. Каждый также определяет целевую молекулу OC-12. В зависимости от ее наличия и активности переключателя транзисторы создают выходную молекулу OHC-14.
Исследователи также использовали три штамма Pantoea agglomerans для создания реле, которые преобразуют сигнал OHC-14 в выходной сигнал, который может быть подан на другой транзистор. С помощью этих штаммов-реле исследователи смогли соединить транзисторы между собой, как на электронной плате.
плате.
Ученые создали схемы, напечатав колонии бактерий на чашках Петри с питательной средой в виде агара. Каждая колония располагалась на расстоянии около 5 мм от ближайшей. Это позволяло сигналам доходить только до ближайшей колонии, которая затем передавала их следующей, так что информация текла только в одном направлении.
Полученные транзисторы выполняли несколько типов логических операций в зависимости от своего расположения в схеме. Более сложные схемы, которые могли суммировать два сигнала, обрабатывали несколько сигналов одновременно или работали как демультиплексор — принимали один входящий сигнал и отправляет его по одному из нескольких возможных направлений в зависимости от управляющего сигнала.
Для выполнения каждого вычисления схемам, состоящим из живых клеток, потребовалось около восьми часов — гораздо больше, чем компьютерному аналогу. Но, по словам исследователей, для биологических приложений это приемлемое время.
Используя этот подход, исследователи надеются разработать схемы, которые однажды смогут покрывать листья или корни растений, чтобы те могли распознавать условия окружающей среды, такие как засуха или нападение вредителей, и реагировать на них.
Источник: https://science.mail.ru/…
