علماء أمريكيون يحوّلون البكتيريا إلى لوحات دوائر حيّة

حقق علماء معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا إنجازاً مذهلاً في علم الأحياء التركيبي، إذ تمكنوا من تحويل البكتيريا العادية إلى ترانزستورات حيّة، فاتحين الباب أمام حواسيب بيولوجية يمكن أن تنمو داخل النباتات وتساعدها على استشعار بيئتها والاستجابة لها.

يعمل الترانزستور في الإلكترونيات التقليدية كمفتاح يتحكم في تدفق الكهرباء ، لكن الفريق الأمريكي أعاد ابتكار الفكرة عبر هندسة الخلايا البكتيرية لتتحكم في حركة جزيئات الإشارات بدلاً من التيار الكهربائي، وهذه الجزيئات تنقل المعلومات بين مستعمرات البكتيريا، مما يخلق ما يشبه "لوحات دوائر حيّة" قادرة على تنفيذ عمليات منطقية.

ابتكر الباحثون نوعين من الترانزستورات البكتيرية: أحدهما يُفعَّل عند التعرض لجزيء يُسمىOC6، والآخر يتوقف عن العمل عند وجوده ، كما يستجيب كل ترانزستور لجزيء ثانٍ يُعرف بـ OC12 ويُنتج إشارة يمكن تمريرها إلى مكونات بكتيرية أخرى ، ولربط هذه الأجزاء، صمم الفريق ثلاث سلالات إضافية من البكتيريا تعمل كـ "محولات"، حيث تحول الإشارات إلى مخرجات جديدة تُغذي الترانزستورات التالية.

تمكن العلماء من بناء دوائر قادرة على جمع المدخلات من خلال ترتيب هذه السلالات الخمس بطرق مختلفة ، ومعالجة إشارات متعددة في وقت واحد، وتوجيه المعلومات إلى وجهات محددة ، وفي تجربة بارزة، طبعوا مستعمرات بكتيرية على أطباق مادة جلاتينية، مع ترك مسافات دقيقة بينها لضمان تدفق الإشارات الكيميائية في اتجاه مضبوط ، و أحتوت أكبر دائرة أنشأوها على 24 مستعمرة ونجحت في جمع مدخلين معاً.

ورغم أن هذه الدوائر البيولوجية تحتاج إلى ساعات لإتمام عملية حسابية واحدة، أي أبطأ بكثير من الحواسيب الإلكترونية، إلا أن الهدف ليس السرعة بل دمج القدرة الحسابية داخل الأنظمة الحية نفسها ، على سبيل المثال، يمكن للبكتيريا المزروعة على جذور النباتات أن تكشف عن علامات الجفاف أو هجوم الآفات وتطلق استجابات وقائية مثل إفراز مبيدات فطرية.

تمثل تلك الدراسة خطوة كبيرة نحو حواسيب حيّة تدمج بين البيولوجيا والحوسبة ، ومع تطبيقات محتملة في الزراعة، والتكنولوجيا الحيوية، ومراقبة البيئة، قد تعيد ترانزستورات معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا البكتيرية تعريف الطريقة التي نستغل بها الحياة نفسها لحل المشكلات المعقدة.