MIT ดัดแปลงแบคทีเรียเป็นทรานซิสเตอร์ สร้างแผงวงจรมีชีวิต
ทีมนักวิจัย MIT เผยความสำเร็จในการออกแบบแบคทีเรีย 5 สายพันธุ์ให้ทำหน้าที่เป็นทรานซิสเตอร์และตัวส่งสัญญาณ ปูทางสู่การสร้างเซนเซอร์อัจฉริยะในพืช
ภาพประกอบจากคลังภาพสต็อก ไม่ใช่ภาพจากเหตุการณ์จริง
- นักวิจัย MIT ดัดแปลงแบคทีเรีย 5 สายพันธุ์ให้ทำหน้าที่แทนทรานซิสเตอร์และตัวส่งสัญญาณบนจานเพาะเชื้อ
- ใช้เครื่องหยอดของเหลวจัดวางโคโลนีให้ห่างกัน 5 มิลลิเมตรเพื่อให้ข้อมูลไหลไปในทิศทางเดียว
- วงจรชีวภาพที่ใหญ่ที่สุดประกอบด้วยแบคทีเรีย 24 กลุ่ม ใช้เวลาคำนวณราว 8 ชั่วโมงต่อครั้ง
- เป้าหมายระยะยาวคือการสร้างเซนเซอร์อัจฉริยะเคลือบใบหรือรากพืชเพื่อสู้ภัยแล้งและศัตรูพืช
ทีมวิศวกรจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ประสบความสำเร็จในการดัดแปลงเซลล์แบคทีเรียให้ทำหน้าที่แทนทรานซิสเตอร์ ชิ้นส่วนพื้นฐานของคอมพิวเตอร์ โดยงานวิจัยชิ้นนี้ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Chemical Biology ซึ่งนักวิจัยได้ออกแบบแบคทีเรียขึ้นมา 5 สายพันธุ์ แบ่งเป็นทรานซิสเตอร์ 2 แบบ และตัวส่งต่อสัญญาณอีก 3 แบบ เมื่อนำมาเรียงต่อกันบนวุ้นเลี้ยงเชื้อ จะกลายเป็นแผงวงจรมีชีวิตที่ประมวลผลทางตรรกะได้ตั้งแต่การบวกเลขไปจนถึงการส่งสัญญาณเฉพาะจุด
แนวทางดั้งเดิมของชีววิทยาสังเคราะห์มักเป็นการใส่ทุกวงจรลงในเซลล์เดียว ซึ่งติดข้อจำกัดเรื่องโปรตีนควบคุมที่ใช้งานได้จำกัดและทำให้เซลล์ทำงานหนักเกินไป ทีม MIT จึงเปลี่ยนมาออกแบบให้แต่ละเซลล์ทำหน้าที่เป็นทรานซิสเตอร์หนึ่งตัว แล้วนำมาประกอบกันเหมือนแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ โดยใช้แบคทีเรีย Pantoea agglomerans ที่เติบโตบนพื้นผิวพืชได้ดี สร้างสวิตช์ที่เปิดหรือปิดด้วยโมเลกุล OC-6 และใช้แบคทีเรียอีก 3 สายพันธุ์เป็นตัวส่งต่อสัญญาณ OHC-14 ไปยังทรานซิสเตอร์ตัวถัดไป
ภาพประกอบจากคลังภาพสต็อก ไม่ใช่ภาพจากเหตุการณ์จริง
การจัดวางโคโลนีทำโดยใช้เครื่องหยอดของเหลวด้วยคลื่นเสียงให้แต่ละกลุ่มอยู่ห่างกันราว 5 มิลลิเมตร เพื่อให้โมเลกุลแพร่ไปหาโคโลนีใกล้เคียงตามทิศทางที่กำหนด การเปลี่ยนรูปแบบการทำงานจึงทำได้เพียงแค่เปลี่ยนตำแหน่งการวางโคโลนีโดยไม่ต้องแก้พันธุกรรมใหม่ วงจรที่ใหญ่ที่สุดในงานนี้ใช้แบคทีเรีย 24 กลุ่มเชื่อมต่อกันเพื่อบวกค่าอินพุต แม้จะใช้เวลาคำนวณราว 8 ชั่วโมงต่อครั้งซึ่งช้ากว่าคอมพิวเตอร์ทั่วไป แต่นักวิจัยมองว่าเหมาะสมแล้วสำหรับงานด้านชีววิทยา
"เราสร้างชิ้นส่วนสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์พื้นฐานที่ใช้กันทั่วไปขึ้นมาได้แล้วบางส่วน แต่ทุกการทำงานสามารถสร้างขึ้นได้จาก 5 สายพันธุ์นี้"
Hamid Doosthosseini นักวิจัยหลังปริญญาเอกของ MIT
การพัฒนาแผงวงจรชีวภาพนี้ถือเป็นก้าวสำคัญที่ช่วยแก้ปัญหาคอขวดของการใส่กลไกซับซ้อนทั้งหมดไว้ในเซลล์เดียว แม้ความเร็วในการประมวลผลจะไม่สามารถเทียบเท่าซิลิคอนได้ แต่จุดเด่นของเทคโนโลยีนี้คือการผสานการคำนวณเข้ากับสิ่งมีชีวิตโดยตรง ซึ่งเปิดโอกาสให้ภาคเกษตรกรรมสามารถสร้างพืชที่ตอบสนองต่อสิ่งแวดล้อมได้แบบเรียลไทม์ เช่น การสร้างสารกำจัดเชื้อราเมื่อตรวจพบความเครียดจากภัยแล้งหรือศัตรูพืช
เป้าหมายระยะยาวของทีมนักวิจัยคือการนำความสามารถในการคำนวณนี้ไปฝังไว้ตามรากหรือใบพืช เพื่อตรวจจับและตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมอย่างแม่นยำ งานวิจัยชิ้นนี้ได้รับการสนับสนุนจากหน่วยงานวิจัยของสหรัฐอเมริกา ได้แก่ DARPA และ IARPA โดยมี Hamid Doosthosseini และ Haorong Chen เป็นนักวิจัยหลักร่วมกับ Christopher Voigt หัวหน้าภาควิชาวิศวกรรมชีวภาพ MIT
ที่มา: Techsauce
พบข้อมูลผิดพลาดในบทความนี้? แจ้งปัญหาบทความนี้
ความคิดเห็น
แสดงความคิดเห็น