Bilim insanları bakterileri canlı transistörlere dönüştürdü

MIT Biyolojik Mühendislik Bölümü Başkanı Christopher Voigt ve araştırmacı Hamid Doosthosseini liderliğinde yürütülen çalışmada, silikon tabanlı elektronik bileşenler yerine genetik olarak düzenlenmiş Pantoea agglomerans bakterileri kullanıldı. Nature Chemical Biology dergisinde yayımlanan araştırmada, tüm mantıksal işlevlerin tek bir hücreye yüklenmesi yerine farklı görevlerin ayrı bakteri kolonilerine dağıtıldığı modüler bir sistem geliştirildi.

CANLI TRANSİSTÖRLER

Araştırmacılar, iki farklı bakteri transistörü ve üç röle suşundan oluşan beş bileşenli bir yapı kurdu. Sistem, elektrik akımı yerine OC 6, OC 12 ve OHC 14 gibi özel kimyasal sinyal moleküllerinin hareketini düzenliyor. Agar kaplı plakalar üzerine 5 milimetre aralıklarla basılan bakteri kolonileri bu moleküller aracılığıyla birbiriyle iletişim kuruyor. Böylece hücresel düzeyde birbirine bağlanan, görevleri farklı kolonilere dağıtılmış bir biyolojik devre mimarisi ortaya çıkıyor.

MODÜLER HESAPLAMA

Koloniler arasındaki kimyasal sinyal akışının kontrollü ve tek yönlü ilerlemesi, bakteriyel yapıların mantık kapıları ve bilgi işleme bileşenleri gibi çalışmasını sağlıyor. Ekip, çoklu giriş toplayıcıları, iki yönlü anahtarlar ve gelen sinyalleri farklı hedeflere yönlendiren demultiplekser işlevlerini bu sistemle gerçekleştirdi. Araştırmacılar, birbirine bağlı 24 bakteri kolonisinden oluşan en kapsamlı canlı devreyi de çalıştırmayı başardı. İşlevlerin farklı hücrelere dağıtılması, tek bir hücrenin protein üretim mekanizmalarının aşırı yüklenmesini önlüyor ve sistemin daha modüler biçimde genişletilebilmesine imkan tanıyor.

TARIMSAL UYGULAMA

Teknoloji, silikon çiplerin yerini doğrudan almak yerine bilgi işleme ve kontrol mekanizmalarını canlı dokuların içine taşımayı hedefliyor. Bitki köklerine veya yapraklarına yerleştirilebilecek bakteriyel devrelerin kuraklık, toprak zehirlenmesi ya da zararlı böcek saldırıları gibi çevresel stresleri algılayacak biçimde programlanması mümkün olabilir. Belirli bir sinyal tespit edildiğinde koruyucu mantar ilacı veya başka bir kimyasal salgılayacak şekilde tasarlanabilen sistemler, tarımsal üretimde biyolojik sensör ve otonom müdahale uygulamalarına yönelik yeni bir yaklaşım sunuyor.

SEKİZ SAATLİK DÖNGÜ

Bakteriyel devrelerde bir hesaplama döngüsünün yaklaşık sekiz saat sürmesi, sistemi elektronik bilgisayarlara göre çok daha yavaş hale getiriyor. Ancak araştırmacılar, bitki büyümesi gibi uzun zaman ölçeklerinde ilerleyen biyolojik süreçler açısından bu hızın kullanılabilir olduğunu değerlendiriyor. Modüler ve ölçeklenebilir yapısı sayesinde sistemin sentetik biyoloji, akıllı tarım ve biyosensör geliştirme çalışmalarında farklı uygulamalara uyarlanması hedefleniyor.