细菌“变身”晶体管组成活性生物电路

美国麻省理工学院的科学家对细菌进行改造，使其“变身”为晶体管。在此基础上，他们将这些晶体管组合起来，制造出活性电路。团队希望未来开发出能覆盖植物叶子或根部的电路，以通过计算来感知并应对干旱、害虫侵袭等不利情况。相关论文发表于17日出版的《自然·化学生物学》杂志。

在设计合成生物学电路时，科学家通常会改造细胞，使其表达特定的蛋白和转录因子。这些蛋白和转录因子相互配合，能完成特定任务，例如感应靶分子，进而触发特定的输出。

这类简单电路可执行多种逻辑功能，但必须使用彼此不同的转录因子，以避免电路之间发生“串扰”。然而，可用于此类电路的转录因子数量有限，限制了单个细胞内电路的复杂程度。此外，在同一个细胞中放置过多电路，也会给细胞的蛋白生产机制带来沉重负担。

在最新研究中，团队另辟蹊径：不是在一个细胞内构建整套电路，而是让细胞变成晶体管，再以不同方式组合这些晶体管，从而创建出各种电路。

为制造这些晶体管，团队选择了一种名为成团泛菌的细菌。细菌是由单个细胞构成的生物，利用这些细胞，他们制造出两种类型的晶体管，可通过OC-6分子来开启或关闭。每个晶体管还能检测目标分子(如OC-12)是否存在，并产生输出分子OHC-14。

团队还使用3种成团泛菌菌株创建了继电器，将OHC-14信号转换为另一个晶体管的输出。借助这些继电器，他们可将晶体管彼此连接，组成活性生物电路。

他们在含有琼脂(一种培养基)的平板上打印细菌菌落，创建出电路。每个菌落与最近的菌落相距约5毫米，这样一来，信号只能传输到最近的群体，再由其转发到下一个群体，因此信息只沿一个方向流动。

团队表示，这项工作表明，单个细胞通过协作可实现更复杂的功能。尽管由这些细胞制成的电路每完成一次计算大约需要8个小时，比计算机电路慢得多，但对于生物应用来说，这是一个合理的时间。它们并不试图取代计算机，而是希望将计算控制引入生物学。