麻省理工学院(MIT)的研究团队在生物计算领域取得突破性进展,通过五种成团泛菌(Pantoea agglomerans)菌株构建出首个活体晶体管电路。这一成果突破了传统电子元件的局限,为生物传感器和智能农业系统开辟了新路径。
与传统晶体管通过电流通断实现逻辑运算不同,MIT团队设计的生物电路利用细菌控制小分子流动。研究团队开发了两种特殊菌株作为核心开关:当接收到OC-6分子信号时,第一类菌株会开启分子通道,第二类则关闭通道。这两种菌株还能同时检测OC-12分子的存在与否,根据组合状态输出OHC-14分子信号。
为完成信号传递链,研究团队设计了三种中继菌株。这些菌株能将OHC-14分子转化为下一级晶体管可识别的信号形式,形成类似电子线路板的级联结构。通过精确控制菌落间距——每个菌落与相邻菌落保持约5毫米距离,研究团队确保信号只能单向传递,避免了信号干扰。
实验装置采用琼脂平板作为培养基,研究人员通过延时摄影记录了细菌在7天内的生长过程。影像显示,菌落按照预设图案有序扩展,信号沿特定路径逐级传递。这种物理排列方式赋予电路可重构性:仅需调整菌落布局,无需修改细菌遗传编码,就能构建不同功能的计算系统。
目前最大规模的实验电路连接了24个菌落,成功演示了基础算术运算。研究团队还构建了生物版或门电路、蕴含运算电路,以及具备信号路由功能的解复用器。这些组件验证了活体电路执行复杂逻辑运算的可行性。
该技术最引人注目的应用前景在于农业领域。研究团队设想将细菌电路部署在植物根系或叶片表面,构建实时监测系统。当检测到干旱、病虫害或病原体时,电路可触发特定生物反应,例如在受感染区域分泌杀真菌剂,形成精准的植物保护网络。











