A Massachusetts Institute of Technology (MIT) kutatói olyan áttörést értek el a szintetikus biológiában, amely alapjaiban változtathatja meg az agrártechnológiai és az ipari biotechnológiai szektort. A szakemberek genetikai úton módosított baktériumokból hoztak létre olyan tranzisztorszerű kapcsolókat, amelyek képesek élő áramkörökként működni és komplex logikai műveleteket végrehajtani. A Nature Chemical Biology című folyóiratban megjelent, a DARPA és az IARPA amerikai kutatás-fejlesztési ügynökségek által is finanszírozott kutatás a hagyományos hardveralapú számítástechnika határait feszegeti, miközben teljesen új távlatokat nyithat meg a B2B piac szereplői számára is.
A fejlesztés során a kutatók a növényeken egyébként is gyakran megtalálható Pantoea agglomerans baktériumot használták. A mérnökök a mikroorganizmus két különböző verzióját hozták létre: az egyik kémiai jelek hatására bekapcsol, míg a másik a klasszikus tranzisztorokhoz hasonlóan az ellenkező funkciót látja el. A technológia igazi újdonsága a modularitásban rejlik. A kutatók a baktériumkolóniákat 5 milliméteres távolságra nyomtatták rá a Petri-csészében lévő agar táptalajra, a közöttük zajló információáramlást és jelfordítást pedig további három közvetítő baktériumtörzs biztosította. Ezzel a módszerrel sikerült kiváltani a hagyományos szintetikus biológia azon korlátját, hogy minden funkciót egyetlen sejtbe sűrítsenek, ami korábban rendszeresen túlterhelte a sejtek fehérjetermelő gépezetét.
A moduláris elrendezésnek köszönhetően a kutatók már sikeresen demonstráltak összetett informatikai műveleteket. Egy 24 baktériumkolóniából álló hálózat például képes volt két bemeneti jel összeadására, de építettek demultiplexert, valamint VAGY és implikációs logikai kapukat is. Bár ezek a biológiai rendszerek jelenleg még rendkívül lassúak – egyetlen számítás elvégzése körülbelül 8 órát vesz igénybe –, bizonyos biotechnológiai feladatoknál nem feltétlenül a gyorsaság a legfontosabb szempont.
Nem feltétlenül a nagy számítási sebesség a cél, hanem az, hogy a sejtek közvetlenül érzékeljék környezetüket, feldolgozzák a kapott jeleket, majd biológiai választ adjanak rájuk. Ez olyan területeken lehet különösen érdekes, mint a környezeti monitoring, a mezőgazdaság vagy az ipari biotechnológia.
Christopher Voigt, az MIT Biológiai Mérnöki Tanszékének vezetője kiemelte, hogy a növények növekedése és biológiai folyamatai napokban vagy hetekben mérhetők, így a baktériumok reakcióideje tökéletesen illeszkedik a természetes ritmushoz.
A technológia közvetlen B2B relevanciáját a digitális mezőgazdaságban és a precíziós növényvédelemben rejlő üzleti lehetőségek jelentik. A jövőben a növények leveleire vagy gyökérzetére telepített baktériumáramkörök képesek lesznek önállóan detektálni a szárazság, a kártevők vagy a betegségek korai jeleit. Ahelyett, hogy drága, sérülékeny és környezetszennyező elektronikus IoT-szenzorokat helyeznének ki a szántóföldekre, az élő áramkörök vélhetően magukban a növényekben fognak futtatni diagnosztikai számításokat, és szükség esetén azonnal helyi biológiai választ – például gombaölő szerek termelését – váltanak ki. Ez a fajta autonóm, algoritmikus vezérlés radikálisan csökkentheti az agrárvállalatok vegyszerfelhasználását és működési költségeit.
Forrás: Interesting Engineering
A borítókép illusztráció, fotó: Adobe Stock
