細菌“變身”晶體管組成活性生物電路

　　美國麻省理工學院的科學家對細菌進行改造，使其“變身”為晶體管。在此基礎上，他們將這些晶體管組合起來，制造出活性電路。團隊希望未來開發出能覆蓋植物葉子或根部的電路，以通過計算來感知并應對干旱、害蟲侵襲等不利情況。相關論文發表于17日出版的《自然·化學生物學》雜志。

　　在設計合成生物學電路時，科學家通常會改造細胞，使其表達特定的蛋白和轉錄因子。這些蛋白和轉錄因子相互配合，能完成特定任務，例如感應靶分子，進而觸發特定的輸出。

　　這類簡單電路可執行多種邏輯功能，但必須使用彼此不同的轉錄因子，以避免電路之間發生“串擾”。然而，可用于此類電路的轉錄因子數量有限，限制了單個細胞內電路的復雜程度。此外，在同一個細胞中放置過多電路，也會給細胞的蛋白生產機制帶來沉重負擔。

　　在最新研究中，團隊另辟蹊徑：不是在一個細胞內構建整套電路，而是讓細胞變成晶體管，再以不同方式組合這些晶體管，從而創建出各種電路。

　　為制造這些晶體管，團隊選擇了一種名為成團泛菌的細菌。細菌是由單個細胞構成的生物，利用這些細胞，他們制造出兩種類型的晶體管，可通過OC-6分子來開啟或關閉。每個晶體管還能檢測目標分子（如OC-12）是否存在，并產生輸出分子OHC-14。

　　團隊還使用3種成團泛菌菌株創建了繼電器，將OHC-14信號轉換為另一個晶體管的輸出。借助這些繼電器，他們可將晶體管彼此連接，組成活性生物電路。

　　他們在含有瓊脂（一種培養基）的平板上打印細菌菌落，創建出電路。每個菌落與最近的菌落相距約5毫米，這樣一來，信號只能傳輸到最近的群體，再由其轉發到下一個群體，因此信息只沿一個方向流動。

　　團隊表示，這項工作表明，單個細胞通過協作可實現更復雜的功能。盡管由這些細胞制成的電路每完成一次計算大約需要8個小時，比計算機電路慢得多，但對于生物應用來說，這是一個合理的時間。它們并不試圖取代計算機，而是希望將計算控制引入生物學。