I ricercatori del MIT hanno ingegnerizzato batteri capaci di funzionare come transistor, consentendo al team di creare “schede elettroniche” viventi stampabili su un terreno di coltura all’interno di una piastra di Petri.
Nei circuiti elettrici, i transistor agiscono come interruttori in grado di attivare o interrompere il flusso di corrente. Nei circuiti biologici realizzati dai ricercatori, gli interruttori batterici controllano il flusso di piccole molecole che trasmettono segnali ai componenti successivi del circuito.
Lo studio del MIT
Il team di ricerca, guidato da Christopher Voigt, direttore del Dipartimento di Ingegneria Biologica del MIT, autore senior di un articolo, pubblicato di recente sulla rivista *Nature Chemical Biology*, ha progettato due diversi tipi di transistor e tre ceppi batterici in grado di trasmettere informazioni fra loro, ottenendo così gli elementi costitutivi necessari per progettare praticamente qualsiasi tipo di circuito.
In un nuovo studio, hanno utilizzato queste cellule per creare circuiti capaci di sommare due o tre input, oppure di indirizzare un singolo input verso una posizione specifica del circuito.
Grazie a questo approccio, i ricercatori sperano di sviluppare circuiti in grado, un giorno, di rivestire foglie o radici di piante; qui potrebbero eseguire elaborazioni per rilevare le condizioni ambientali — come la siccità o l’attacco di parassiti — e rispondervi adeguatamente.
Nel nuovo studio, invece di costruire un intero circuito all’interno di una singola cellula, i ricercatori hanno progettato cellule capaci di agire come transistor. Questi transistor possono poi essere combinati in vari modi per creare una molteplicità di circuiti.
Il batterio versatile
Per realizzare i transistor, i ricercatori hanno scelto un batterio chiamato *Pantoea agglomerans*, che cresce comunemente su diverse superfici, incluse quelle delle piante. I ricercatori hanno impiegato tre ceppi di *Pantoea agglomerans* per creare dei relè, in grado di convertire il segnale OHC-14 in un output trasmissibile a un altro transistor. Grazie a questi ceppi-relè, è possibile collegare i transistor tra loro, proprio come avviene su una scheda di circuito elettronico.
In questo studio, i ricercatori hanno presentato un transistor capace di eseguire diverse tipologie di operazioni logiche a seconda della sua posizione nel layout del circuito, tra cui porte logiche a ingressi multipli. Hanno inoltre combinato questi transistor per creare circuiti più complessi, in grado di sommare due segnali, elaborarne più di uno simultaneamente o funzionare come demultiplexer: un circuito che riceve un segnale in ingresso e lo indirizza verso una delle diverse destinazioni possibili, in base a un segnale di controllo.
“Questo lavoro dimostra che possiamo arrivare a funzioni più complesse collegando funzioni più semplici presenti nelle singole cellule”, afferma Voigt. “Dal punto di vista computazionale, non c’è nulla che il tuo iPhone possa fare che questi circuiti non siano in grado di realizzare.”
Grande capacità di calcolo
I circuiti basati su queste cellule impiegano circa otto ore per eseguire ogni calcolo, un tempo decisamente superiore a quello richiesto dai circuiti informatici. Tuttavia, secondo i ricercatori, si tratta di una tempistica ragionevole per le applicazioni biologiche.
“Non stiamo cercando di sostituire i computer, quanto piuttosto di introdurre un controllo computazionale nella biologia. Se si dispone di batteri sulle radici di una pianta, o se è la pianta stessa a eseguire l’elaborazione, effettuare un semplice calcolo durante la notte è un’operazione sufficientemente rapida rispetto alla durata di una stagione di crescita”, spiega Voigt.
Se sviluppato per l’impiego in agricoltura, questo tipo di circuito potrebbe essere applicato alle radici delle piante per rilevare diverse tipologie di stress. Una volta individuato uno specifico segnale in ingresso, il sistema attiverebbe una risposta, come ad esempio la sintesi di un fungicida.
(© AAC Srl) autore R.G.
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