En este circuito biológico, los interruptores bacterianos controlan el flujo de pequeñas moléculas, y estas moléculas actúan como señales para la siguiente célula. Según los investigadores, con dos cepas bacterianas que actúan como transistores y tres cepas que transmiten las señales, en teoría se puede construir prácticamente cualquier circuito.
“Hemos construido algunos de los componentes básicos de la arquitectura informática que se usan habitualmente”, explica Hamid Doost-Hosseini, autor principal del artículo e investigador doctoral del MIT. “Con estas cinco cepas, se puede construir cualquier operación aritmética”.
La idea de distribuir y conectar las funciones
El equipo de investigación de Doost-Hosseini y sus colaboradores utilizó la bacteria Pantoea agglomerans, que habita ampliamente en la superficie de las plantas, para crear dos tipos de transistores que pueden activarse y desactivarse mediante una molécula denominada “OC-6”.El mecanismo consiste en que cada uno de ellos detecta la presencia de la molécula target “OC-12” y, en función de las condiciones, produce la molécula de salida “OHC-14”.
Tres cepas bacterianas de retransmisión se encargan de convertir esta señal de OHC-14 en una entrada para otro transistor. Mediante estas cepas de retransmisión, es posible “cablear” los transistores entre sí, al igual que en una placa de circuito impreso.
Por ejemplo, se puede crear un interruptor bidireccional usando dos transistores que detectan la OC-12 y, en función de la entrada del interruptor, enviar esa información a diferentes cepas de relé. A partir de ahí, la señal se envía finalmente a otro transistor que se encarga de procesarla.
En esta ocasión, los investigadores han construido un circuito en el que la señal se transmite únicamente a la colonia más cercana, colocando colonias de bacterias sobre un medio de cultivo de agar a una distancia de unos 5 mm entre sí. Al transmitir la señal de una colonia a la siguiente, la información fluye en una sola dirección por la ruta prevista.
Gracias a este diseño, no solo han logrado construir circuitos capaces de realizar operaciones lógicas diferentes según la disposición de las colonias, sino también circuitos que pueden procesar varias señales simultáneamente y demultiplexores que distribuyen una misma señal a múltiples destinos en función de una señal de control. Entre ellos, el circuito de mayor envergadura es el que suma dos entradas y está formado por 24 colonias bacterianas conectadas entre sí.
destaca Christopher Voigt, autor principal del artículo y director del Departamento de Ingeniería Biológica del MIT. “Desde el punto de vista computacional, no hay nada que un iPhone pueda hacer y que estos circuitos no”.Hacia un futuro en el que las plantas “tomen decisiones”
Sin embargo, en cuanto a velocidad de procesamiento, están muy lejos de los circuitos electrónicos de las computadoras. Y es que este circuito bacteriano tarda unas ocho horas en completar un único cálculo. Aun así, el equipo de investigación no considera que la lentitud en el cálculo sea un punto débil. Sostienen que, para aplicaciones biológicas, precisamente esta percepción del tiempo es la más adecuada.
“No pretendemos sustituir a las computadoras, sino integrar el control mediante cálculos en la biología”, explica Voigt. “Si pensamos que son las bacterias presentes en las raíces de las plantas o las propias plantas las que realizan los cálculos, podemos decir que una noche, el tiempo que se tarda en realizar un cálculo sencillo, es suficientemente rápido si lo comparamos con todo el periodo de crecimiento”.
Más allá de esta tecnología, los investigadores tienen en mente la idea de recubrir la superficie de las hojas y las raíces de las plantas con circuitos bacterianos. Si esto se hiciera realidad, se podría imaginar un uso en el que los circuitos detectaran estrés ambiental, como sequías o plagas, y desencadenaran directamente una respuesta autónoma. Si se piensa en su aplicación en el ámbito agrícola, también sería posible que los circuitos, al detectar estrés, sintetizaran por sí mismos fungicidas.
Aunque se trate de un circuito biológico que tarda unas 8 horas en realizar un cálculo, en el ámbito agrícola, donde se trabaja con ciclos de crecimiento estacionales, esta velocidad no resulta en absoluto demasiado lenta. El día en que las plantas “calculen” su propio estado con la ayuda de las bacterias y tomen decisiones de forma espontánea podría estar más cerca de lo que pensamos.
Editado por Daisuke Takimoto
Artículo originalmente publicado enWIRED Japón. Adaptado por Mauricio Serfatty Godoy.