Transistores Vivos: A Conexão Inovadora de Bactérias Desenvolvida pelo MIT

Inovação no MIT: Bactérias como Transistores

Pesquisadores do MIT conseguiram engenhar bactérias que funcionam como transistores, possibilitando a criação de "circuitos vivos" que podem ser impressos em meio de crescimento, como mostrado na imagem abaixo.

Em circuitos elétricos convencionais, os transistores atuam como chaves que podem ligar ou desligar a corrente. Nos circuitos biológicos desenvolvidos pelos pesquisadores, esses switches bacterianos controlam o fluxo de pequenas moléculas que enviam sinais para componentes subsequentes do circuito.

Construindo Circuitos Biológicos

A equipe pesquisadora concebeu dois tipos diferentes de transistores, acompanhados de três linhagens bacterianas que falam entre si, fornecendo assim os blocos de construção necessários para projetar quase qualquer tipo de circuito. Em um novo estudo, eles usaram essas células para criar circuitos que podem somar duas ou três entradas, ou enviar uma entrada para um local específico no circuito.

“Criamos alguns componentes de arquitetura de computador iniciais que são comumente utilizados, mas qualquer operação pode ser construída com essas cinco linhagens”, afirma Hamid Doosthosseini, pós-doutorando no MIT e autor principal do novo estudo.

Um Futuro em Circuitos Vivos

Os pesquisadores almejam desenvolver circuitos que um dia possam ser aplicados em folhas ou raízes de plantas, onde poderiam calcular e responder a condições ambientais como secas ou ataques de pragas. Christopher Voigt, chefe do Departamento de Engenharia Biológica do MIT, é o autor sênior do artigo recentemente publicado na Nature Chemical Biology.

Na elaboração de circuitos de biologia sintética, os desenvolvedores geralmente engenham células para expressar proteínas e fatores de transcrição que interagem para realizar uma tarefa. No entanto, esse método frequentemente enfrenta limitações, principalmente devido ao número reduzido de fatores de transcrição disponíveis e à complexidade que pode ser alcançada dentro de uma única célula.

Transistores Bacterianos: Uma Nova Abordagem

No estudo atual, os pesquisadores adotaram uma abordagem diferente: em vez de construir um circuito completo em uma única célula, eles projetaram células que podem atuar como transistores. Um tipo de bactéria chamado Pantoea agglomerans, encontrado em superfícies de plantas, foi escolhido. Esses transistores podem ser ligados ou desligados por uma molécula chamada OC-6, gerando um output conhecido como OHC-14.

Utilizando três linhagens de Pantoea agglomerans, a equipe criou relés que traduzem o sinal OHC-14 em uma saída que pode ser alimentada em outro transistor, permitindo a interconexão desses transistores ao estilo de uma placa de circuito eletrônico.

Por exemplo, poderiam criar um interruptor bidirecional com dois transistores que detectam OC-12 e enviam informações a diferentes linhagens relé, alimentando outros transistores que processam o sinal. Assim, os pesquisadores provaram que um transistor pode realizar várias operações lógicas dependendo de sua localização no layout do circuito.

Desafios e Oportunidades da Computação Biológica

Atualmente, os circuitos compostos por essas células levam cerca de oito horas para realizar cada cálculo, o que é consideravelmente mais lento do que os circuitos eletrônicos. Contudo, para aplicações biológicas, esse tempo é considerado razoável. “Não estamos tentando substituir computadores, mas sim colocar controle computacional na biologia”, ressalta Voigt.

Se desenvolvidos para uso na agricultura, esses circuitos poderiam ser aplicados às raízes das plantas, permitindo que detectem diferentes tipos de estresse e respondam adequadamente, como sintetizando um fungicida em resposta à deteção de uma ameaça.

Esta pesquisa foi financiada em parte pela Defense Advanced Research Projects Agency dos EUA e pela Intelligence Advanced Research Projects Activity.