Circuiti digitali da batteri e DNA

E. Coli per realizzare circuiti elettronici

Gli scienziati hanno dimostrato con successo di poter costruire alcuni dei componenti di base dei dispositivi digitali a partire da batteri e DNA. La scoperta, pubblicata oggi nella rivista Nature Communications, potrebbe spianare la strada ad una nuova generazione di dispositivi informatici biologici.

I ricercatori dell’Imperial College di Londra hanno dimostrato di poter costruire porte logiche, che sono utilizzate per l’elaborazione delle informazioni a dispositivi come computer e microprocessori, da innocui batteri intestinali e DNA. Si tratta delle porte logiche più avanzate finora create da materiale biologico.

Professor Richard Kitney, co-autore del documento del Centro per la biologia sintetica e l’Innovazione e il Dipartimento di Bioingegneria dell’Imperial College di Londra, dice:

“Le porte logiche sono gli elementi costitutivi fondamentali dei circuiti al silicio su cui la nostra epoca è basata. Senza di loro, non saremmo in grado di elaborare l’informazione digitale. Ora che abbiamo dimostrato che possiamo replicare queste parti utilizzando batteri e DNA, speriamo che il nostro lavoro possa condurre a una nuova generazione di processori biologici, le cui applicazioni in elaborazione delle informazioni potrebbero essere importanti quanto i loro equivalenti elettronici. ”

Anche se in futuro lontano, il team suggerisce che queste porte logiche biologiche potrebbero un giorno formare i mattoni di base di microscopici computer biologici. Tali dispositivi possono includere sensori che letteralmente nuotano dentro le arterie, rilevando l’accumulo di placche nocive e forniscono rapidamente farmaci per la zona colpita. Altre applicazioni possono includere sensori in grado di individuare e distruggere le cellule tumorali all’interno del corpo o monitorare l’inquinamento dell’ambiente, rilevando e neutralizzando le tossine pericolose come l’arsenico.

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno dimostrato come queste porte logiche biologiche lavorano. In un esperimento, hanno mostrato che i dispositivi sono in grado di replicare il modo in cui logica elettronica elabora le informazioni nelle porte di commutazione “acceso” o “spento”.

Gli scienziati hanno costruito un tipo di porta logica chiamato “E Gate” dal batterio Escherichia coli (E. Coli), che si trova normalmente nella parte inferiore dell’intestino. La squadra ha alterato l’E. Coli con DNA modificato, riprogrammando il batterio per eseguire l’accensione e spegnimento di un circuito, esattamente come farebbe un suo equivalente elettronico, quando è stimolato da sostanze chimiche.

I ricercatori sono anche riusciti a dimostrare che le porte logiche biologiche potrebbero essere collegate tra loro per formare componenti più complessi in un modo simile a come sono fatti i componenti elettronici. In un altro esperimento, i ricercatori hanno creato una “porta NOT” combinandola con la porta AND per produrre il più complesso  circuito “NAND”.

La prossima fase della ricerca vedrà la squadra sviluppare un circuito più complesso, che comprende porte logiche multiple. Una delle sfide affrontate dal team è trovare un modo per collegare più porte logiche insieme, in un modo simile a come sono collegate le porte logiche elettroniche, per permettere elaborazioni complesse.