Υπολογιστές από βακτήρια; Ναι, συμβαίνει τώρα

Σταμάτα για μια στιγμή να το σκεφτείς: επιστήμονες μόλις δημιούργησαν ζωντανούς υπολογιστές χρησιμοποιώντας βακτήρια.

Δεν εννοώ μεταφορικά. Εννοώ πραγματικά ζωντανά, που αναπαράγονται, που μεγαλώνουν — και λειτουργούν ακριβώς όπως τα τρανζίστορ του κινητού σου. Τρελό, σωστά;

Τι Είναι Το Τρανζίστορ;

Απλά: τα computers δουλεύουν με ρεύμα — άσσους και μηδενικά, ναι και όχι. Ένα τρανζίστορ είναι το μικροσκοπικό διακόπτης που αποφασίζει αν θα περάσει ρεύμα ή όχι. Δισεκατομμύρια τέτοια στις συσκευές σου κάνουν τα πάντα να δουλεύουν.

Η ομάδα του MIT, με επικεφαλής τον μεταδιδακτορικό Hamid Doosthosseini, βρήκε τρόπο να κάνει βακτηριακά κύτταρα να κάνουν την ίδια δουλειά. Αντί να ελέγχουν ηλεκτρικό ρεύμα, αυτά τα μικρόβια ελέγχουν την κίνηση μικροσκοπικών σηματοδοτικών μορίων. Τα μόρια μεταφέρουν πληροφορίες σε άλλα βακτήρια — σαν να περνάς σημειώματα από συμπαίκτη σε συμπαίκτη.

Το Πραγματικά Εντυπωσιακό

Η παραδοσιακή συνθετική βιολογία συνήθως προσπαθεί να χωρέσει ολόκληρα κυκλώματα σε ένα κύτταρο. Είναι σαν να ζητάς από έναν άνθρωπο να κάνει όλες τις δουλειές μιας εταιρείας — γίνεται χαμός γρήγορα.

Η ομάδα του MIT πήρε διαφορετική κατεύθυνση. Μοίρασε τη δουλειά σε πολλά βακτηριακά κύτταρα, το καθένα εξειδικευμένο σε απλές λειτουργίες. Σαν να σπας ένα τεράστιο project σε μικρές εργασίες και να τις αναθέτεις σε διαφορετικούς ανθρώπους.

Δημιούργησαν πέντε βακτηριακά στελέχη που συνεργάζονται:

• Δύο τύποι τρανζίστορ που ανοίγουν και κλείνουν
• Τρία στελέχη-ρελέ που προωθούν σήματα σαν βιολογικό τηλέφωνο

Με πέντε μόνο στοιχεία, μπορείς να φτιάξεις ουσιαστικά οποιοδήποτε κύκλωμα θέλεις. Οι ερευνητές έδειξαν κυκλώματα που προσθέτουν αριθμούς, επεξεργάζονται πολλαπλές εισόδους ταυτόχρονα, ακόμα και κατευθύνουν πληροφορίες σε συγκεκριμένα σημεία.

Φτιάχνοντας Ένα Ζωντανό Κύκλωμα

Για να δημιουργήσουν αυτές τις βιολογικές μηχανές, οι επιστήμονες τυπώνουν βακτηριακές αποικίες πάνω σε άγαρ (τη γνωστή ουσία των Petri) με κάθε αποικία 5 χιλιοστά από τη διπλανή της. Αυτή η απόσταση είναι κρίσιμη — εξασφαλίζει ότι τα σήματα φτάνουν μόνο στην επόμενη αποικία, δημιουργώντας μονόδρομη ροή πληροφοριών όπως ένα παραδοσιακό κύκλωμα.

Το μεγαλύτερο κύκλωμα που έφτιαξαν περιελάμβανε 24 διασυνδεδεμένες βακτηριακές αποικίες. Είκοσι τέσσερις! Σαν μια μικροσκοπική πόλη από υπολογιστές.

Γιατί Πρέπει Να Σε Ενδιαφέρει;

Εδώ γίνεται ενδιαφέρον. Τα βακτήρια που χρησιμοποίησαν — το Pantoea agglomerans — ζουν φυσικά πάνω σε φυτά. Οι ερευνητές φαντάζονται ότι θα τυπώνουν αυτά τα ζωντανά κυκλώματα σε φύλλα ή ρίζες, όπου θα παρακολουθούν περιβαλλοντικές συνθήκες και θα βοηθούν τα φυτά να αντιδρούν σε απειλές.

Φαντάσου καλλιέργειες που ανιχνεύουν ξηρασία και ενεργοποιούν μηχανισμούς επιβίωσης πριν γίνει ζημιά. Ή φυτά που αισθάνονται επιθέσεις εντόμων και παράγουν φυσικές άμυνες. Δεν είναι πια επιστημονική φαντασία — μιλάμε για φυτά που ουσιαστικά αυτοδιαγιγνώσκονται και αυτοπροστατεύονται.

Τι Ακολουθεί

Υπάρχει σίγουρα πολλή δουλειά μπροστά μας μέχρι να δούμε βακτηριακούς υπολογιστές να προστατεύουν τις καλλιέργειές μας. Αλλά αυτή η έρευνα αντιπροσωπεύει μια θεμελιώδη αλλαγή στο πώς σκεφτόμαστε τη βιολογική μηχανική. Με απλά, πρότυπα δομικά στοιχεία — όπως οι μηχανικοί χτίζουν με τυποποιημένα κομμάτια — οι επιστήμονες ίσως σπάσουν επιτέλους τα εμπόδια πολυπλοκότητας που περιόριζαν τη συνθετική βιολογία.

«Μπορούμε να πετύχουμε πιο σύνθετες λειτουργίες συνδέοντας απλούστερες λειτουργίες σε μεμονωμένα κύτταρα», είπε ο Christopher Voigt, επικεφαλής του Τμήματος Βιολογικής Μηχανικής του MIT.

Και ειλικρινά; Νομίζω ότι ξύνουμε μόνο την επιφάνεια του τι είναι δυνατό όταν η βιολογία και οι υπολογιστές ενώνονται. Το μέλλον ίσως να μην αφορά τόσο το πυρίτιο, αλλά τα κύτταρα.