Elävät tietokoneet? Bakteerit saattavat mullistaa teknologian

Ota hetki ja anna tämän todella upota: tutkijat ovat kehittäneet eläviä tietokoneita bakteereista.

Ei vertauskuvallisesti eläviä. Oikeasti eläviä, lisääntyviä, kasvavia bakteereita, jotka toimivat täsmälleen samalla tavalla kuin puhelimesi prosessorin transistorit. Aika hurjaa, eikö?

Mutta mitä ihmettä transistorit edes ovat?

Pilkotaan yksinkertaisesti. Tiedät varmasti, että tietokoneet käsittelevät sähköisiä signaaleja – ykkösiä ja nollia, päällä ja pois. Transistori on se pieni kytkin, joka päättää, kulkeko sähkö piirissä vai ei. Miljardeja niitä laitteissasi tekee kaiken mahdollisen.

MIT:n tutkimusryhmä, jota johtaa tutkijatohtori Hamid Doosthosseini, onnistui saamaan bakteerisolut tekemään saman työn. Erona on, että nämä pienet otukset eivät ohjaa sähkövirtaa vaan pienten signalointimolekyylien liikettä. Nämä molekyylit kuljettavat tietoa bakteerilta toiselle – vähän kuin viestien välittämistä joukkueessa.

Tässä tulee se todella mielenkiintoinen osuus

Perinteinen synteettinen biologia – siis ala, joka suunnittelee eläviä järjestelmiä hyödyllisiin tarkoituksiin – on yleensä yrittänyt mahduttaa kokonaisia piirejä yhteen ainoaan soluun. Se on vähän kuin jos yksi ihminen tekisi kaikki työt koko yrityksessä. Tukalan hankalaa.

MIT:n tiimi teki toisin. He jakoivat työn useamman bakteerisolun kesken, ja jokainen solu toimi yksinkertaisena, erikoistuneena osana. Ajattele vaikka niin, että valtava projekti pilkotaan osatehtäviin ja jokainen tehtävä annetaan eri ihmiselle.

He loivat viisi bakteerikantaa, jotka toimivat yhdessä:

• Kaksi transistori-tyyppiä, jotka voivat kytkeä päälle tai pois
• Kolme välittäjäkantaa, jotka välittävät signaaleja eteenpäin kuin biologinen puhelinpeli

Yhdessä näitä viittä komponenttia voi järjestellä uudelleen ja rakentaa käytännössä minkä tahansa kuviteltavissa olevan piirin. Tutkijat osoittivat piirejä, jotka osaavat laskea yhteen, käsitellä useita syötteitä yhtä aikaa ja jopa ohjata tietoa tiettyihin kohteisiin.

Biologinen piirilevy

Jotta nämä elävät tietokoneet saatiin syntymään, tutkijat tulostavat bakteeripesäkkeitä agarmäelle – samaa geeliä kuin maljapetolevyissä. Jokainen pesäke on sijoitettu noin viiden millimetrin päähän naapuristaan. Tuo välimatka on ratkaiseva: se varmistaa, että signaalit menevät vain seuraavaan pesäkkeeseen, luoden yksisuuntaisen tiedonkulun kuin perinteisessä piirilevyssä.

Suurin piiri sisälsi 24 toisiinsa kytkettyä bakteeripesäkettä. Kaksikymmentäneljä! Se on kuin mikroskooppinen kaupunki täynnä tietokoneita.

Miksi tämä kannattaisi sinua kiinnostaa?

Tässä kohtaa asiat alkavat todella kiinnostaa. Käytetyt bakteerit – Pantoea agglomerans – elävät luontaisesti kasvien pinnoilla. Tutkijat kuvittelevat tulostavansa nämä elävät piirit kasvien lehdille tai juurille, missä ne voisivat seurata ympäristöolosuhteita ja auttaa kasveja reagoimaan uhkiin.

Kuvittele peltoja, jotka havaitsevat kuivuusstressin ja aktivoivat selviytymismekanismit ennen vahinkojen syntymistä. Tai kasveja, jotka aistivat tuhohyökkäykset ja tuottavat luonnollisia puolustusaineita. Tämä ei ole enää tieteiskirjallisuutta – puhumme kasveista, jotka ovat käytännössä itse diagnosoivia ja itseään suojelevia.

Mitä tulevaisuus tuo tullessaan?

Toki matkaa riittää ennen kuin bakteeritietokoneet suojelevat satojamme. Mutta tämä tutkimus edustaa perustavanlaatuista ajattelutavan muutosta biologisessa tekniikassa. Kun ajatellaan modulaarisesti – kuten insinöörit rakentavat standardoiduilla osilla – tutkijat saattavat viimein murtaa monimutkaisuusesteet, jotka ovat hidastaneet synteettistä biologiaa vuosia.

"Voimme päästä monimutkaisempiin toimintoihin yhdistämällä yksinkertaisempia toimintoja yksittäisissä soluissa", sanoi Christopher Voigt, MIT:n biolääketieteen osaston johtaja ja tutkimuksen vanhempi kirjoittaja.

Ja rehellisesti? Uskon, että olemme vasta raapaisemassa pintaa siitä, mitä on mahdollista, kun biologia ja laskenta yhdistyvät. Tulevaisuus saattaa olla vähemmän piistä ja enemmän soluja.