Vědci z Massachusetts Institute of Technology vytvořili živé obvody z bakterií, které se chovají podobně jako tranzistory a relé v běžné elektronice. Nejde přitom jen o jednoduchý laboratorní trik. Z jednotlivých bakteriálních kolonií už dokázali sestavit systémy, které provádějí logické operace, sčítají vstupy nebo směrují signál na vybraný výstup.

Studii s názvem Living circuit boards built by printing bacterial transistors publikovali Hamid Doosthosseini, Haorong Chen a Christopher A. Voigt v časopise Nature Chemical Biology. Tým použil bakterii Pantoea agglomerans, která se běžně vyskytuje například na povrchu rostlin.

Pět typů bakterií stačí na různé obvody

Místo snahy vměstnat celý biologický obvod do jediné buňky zvolili vědci jinou cestu. Vytvořili dva typy bakteriálních „tranzistorů“ a tři druhy buněk fungujících jako relé. Signály mezi nimi nepřenášejí elektrony, ale malé molekuly.

Kolonie vědci tiskli na agarovou živnou půdu přibližně pět milimetrů od sebe. Chemický signál díky tomu dorazí k nejbližší kolonii, která jej zpracuje a předá dál. Rozmístění buněk tak ve výsledku připomíná zapojení součástek na klasické desce plošných spojů.

Pouhých pět připravených kmenů přitom stačilo k vytvoření různých funkcí. Výzkumníci předvedli logické operace, demultiplexor i sčítací obvody. Největší experimentální sestava obsahovala 24 propojených bakteriálních kolonií a pracovala jako sčítačka dvou vstupů.

Výhodou je, že pro změnu funkce nemusí vědci pokaždé geneticky vytvářet nový typ bakterie. Stačí stejných pět základních komponent rozmístit jiným způsobem.

Výpočet trvá osm hodin, přesto může dávat smysl

S běžným procesorem zatím živý obvod soupeřit nemůže. Jediný výpočet zabere přibližně osm hodin. Christopher Voigt, vedoucí MIT Department of Biological Engineering a hlavní autor studie, ale upozorňuje, že cílem není nahradit počítače.

Smysl vidí především tam, kde má samotná biologie informace nejen zaznamenat, ale také vyhodnotit a reagovat na ně. Jednou z možností jsou bakterie umístěné na kořenech nebo listech rostlin. Mohly by rozpoznat sucho, škůdce či jiný druh stresu a podle kombinace signálů spustit předem naprogramovanou reakci.

V zemědělství by tak živý obvod mohl například zjistit konkrétní problém a následně aktivovat tvorbu látky s fungicidním účinkem. Osmihodinový „výpočet“ je proti čipu propastně pomalý. V měřítku růstu rostliny však může být reakce během jediné noci více než dostačující.