Élő számítógépek? Igen, baktériumokból

Képzeld el, hogy a tenyeredben tartasz egyPetri-csészét, és az ott lévő mikroszkopikus élőlények épp számításokat végeznek. Nem sci-fi, nem vicc — ez a valóság.

A MIT kutatói nemrég bemutattak valamit, ami alapjaiban változtathatja meg a biológiai mérnökösködést. Olyan élő számítógépeket építettek baktériumokból, amelyek képesek szaporodni, növekedni, és ami a legfontosabb: kapcsolóként működni.

Mi a kapcsoló?

Egyszerűen fogalmazva: a számítógéped az elektromosság be- és kikapcsolásával dolgozik. Egyesek és nullák, áram folyik vagy nem folyik. A tranzisztor ezt a kis kapcsolót jelenti — azt az alkatrészt, ami eldönti, hogy áram haladjon-e át egy áramkörön vagy sem.

Amit a MIT csapata csinált? Helyettesítette az elektromos kapcsolókat baktériumokkal. Ezek a parányi lények nem elektromos áramot irányítanak, hanem jelzőmolekulák mozgását szabályozzák. A molekulák információt visznek egyik baktériumtól a másikig — mint amikor a csapattársak jegyzetet adnak tovább.

A moduláris megközelítés ereje

A hagyományos szintetikus biológia eddig egyetlen sejtbe próbálta belezsúfolni az egész áramkört. Ez olyan, mintha egy embertől kérnéd, hogy egyszerre végezze a cég összes munkáját — előbb-utóbb összeomlik a rendszer.

A MIT-es csapat más utat választott. Felosztották a feladatot több sejt között, mindegyik specialization valamire. Gondolj úgy rá, mint egy nagy projekt kis részekre bontására, ahol minden csapattag csak a saját feladatával foglalkozik.

Öt baktériumtörzset hoztak létre:

• Kétféle kapcsoló, ami be- és kikapcsol
• Három relay törzs, amelyek továbbítják a jeleket, mint egy biológiai telefonjáték

Ez az öt elem tetszés szerint újrarendezhető — gyakorlatilag bármilyen áramkört fel lehet építeni belőlük. A kutatók bemutattak áramköröket, amelyek összeadnak számokat, egyszerre több bemenetet dolgoznak fel, és információt irányítanak pontos célpontokhoz.

Hogyan néz ki egy élő áramköri lap?

A baktériumkolóniákat agarra nyomtatják — arra a zselés anyagra, amit a Petri-csészékben használnak. A lényeg a távolság: minden kolónia nagyjából 5 milliméterre van a szomszédjától. Ez azért fontos, mert a jelek csak a következő kolóniáig jutnak el, egyirányú adatáramlást teremtve.

A legnagyobb áramkör, amit építettek, 24 összekapcsolt baktériumkolóniából állt. Huszonnégy! Mintha egy apró városka dolgozna a tenyereden.

Miért számít ez neked?

A baktérium, amit használtak — a Pantoea agglomerans — természetesen növények felületén él. A kutatók olyan jövőt vizionálnak, ahol élő áramköröket nyomtatnak növények leveleire vagy gyökereire. Ott aztán figyelnék a környezetet és segítenék a növényt a veszélyek elleni védekezésben.

Képzeld el: növények, amelyek érzékelik a szárazságot és még a baj bekövetkezése előtt bekapcsolják a túlélési mechanizmusokat. Vagy olyan növények, amelyek észlelik a kártevőket és természetes védelmet állítanak elő. Ez nem sci-fi — öndiagnosztizáló és önvédő növényekről beszélünk.

Mit hoz a jövő?

Természetesen rengeteg munka van még hátra, mire baktériumszámítógépek őrzik a termést. De ez a kutatás alapvetően megváltoztatja, ahogy a biológiai mérnökösködésre gondolunk. A moduláris gondolkodás — szabványosított alkatrészekből építkezés, ahogy az mérnökök teszik — segíthet áttörni azokat a komplexitási korlátokat, amelyek eddig gátolták a szintetikus biológiát.

„Egyszerűbb funkciókat összeláncolva juthatunk komplexebb működésekhez" — mondta Christopher Voigt, a MIT Biológiai Mérnöki Tanszékének vezetője.

És őszintén? Úgy érzem, még csak a felszínt kapargatjuk, amikor a biológia és a számítástechnika összeolvad. A jövő talán kevésbé lesz szilícium, és inkább sejtek kérdése.