Bilim insanları canlı bakterilerle biyolojik devre geliştirdi

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) araştırmacıları, bitki yüzeylerinde yaygın olarak bulunan 'Pantoea agglomerans' bakterisini genetik olarak yeniden tasarlayarak canlı transistör işlevi gören biyolojik devreler oluşturdu. Petri kaplarındaki agar üzerine 5 milimetre aralıklarla yerleştirilen bakteri kolonileri, aralarında iletilen moleküler ve kimyasal sinyaller aracılığıyla veriyi işleyebiliyor ve farklı mantık fonksiyonlarını yerine getirebiliyor. Sistem, geleneksel silikon çiplerin yerini almak yerine hesaplama işlevlerini doğrudan canlı ekosistemlere taşımayı amaçlıyor. Bu yaklaşım, özellikle tarım teknolojileri ve bitki koruma uygulamalarında yeni kullanım alanları oluşturuyor.

MOLEKÜLER DEVRE

Sistemde kullanılan iki farklı bakteri varyasyonu, kimyasal sinyalleri algılayarak anahtarlama işlevi üstleniyor. Bunlara eklenen üç farklı bakteri türü ise devrenin farklı bölümleri arasında haberleşmeyi sağlayan röleler gibi çalışıyor. Elektronik devrelerdeki iletken tellerin yerini kimyasal molekül akışı alıyor. Komşu koloniler arasında yönlendirilen bu sinyaller sayesinde VEYA mantık işlemleri ile gelen verileri farklı hedeflere dağıtan demultiplekser işlevleri gerçekleştirilebiliyor.

MODÜLER YAPI

Klasik sentetik biyoloji yaklaşımlarında tek bir hücreye çok sayıda genetik görev yüklenmesi, hücresel mekanizmanın aşırı zorlanmasına yol açabiliyor. MIT ekibinin geliştirdiği modüler sistemde ise farklı işlevler birden fazla bakteri kolonisine dağıtılıyor. Böylece her bakteri grubu devrenin belirli bir görevini yerine getiriyor. Bir hesaplama döngüsünün tamamlanması yaklaşık sekiz saat sürüyor. Bu süre elektronik bilgisayarlarla karşılaştırıldığında oldukça uzun olsa da bitkilerin günlük ve mevsimsel büyüme süreçleriyle uyumlu bir çalışma temposu sunuyor.

CANLI HESAPLAMA

Biyolojik devrelerin temel farkı, elektronik bileşenler yerine canlı hücrelerin bilgi işleme görevini üstlenmesi. Kimyasal sinyallerin algılanması, aktarılması ve farklı koloniler tarafından işlenmesiyle oluşturulan sistem, doğrudan canlı ortam içinde çalışabilecek şekilde tasarlanıyor. Bu yapı sayesinde elektronik sensör veya işlemci eklenmeden belirli çevresel değişikliklere tepki veren biyolojik kontrol mekanizmalarının kurulması hedefleniyor.

TARIMSAL HEDEF

MIT Biyolojik Mühendislik Bölüm Başkanı Christopher Voigt liderliğinde yürütülen projenin uzun vadeli hedefi, bu canlı devreleri bitkilerin yaprak ve köklerine yerleştirmek. Sistemlerin kuraklık, zararlı veya hastalık belirtilerini algılaması ve buna bağlı olarak mantar ilacı ya da koruyucu enzim üretimini doğrudan bitki dokusu üzerinde otomatik biçimde tetiklemesi amaçlanıyor. Böylece biyolojik hesaplama sistemlerinin tarımsal üretim, bitki koruma ve gıda güvenliği alanlarında kullanılabileceği yeni bir uygulama modeli oluşturuluyor.