MIT 生物工程團隊讓細菌成為活體電晶體!研究人員以 Pantoea agglomerans 細菌建構訊號傳遞電路
MIT 生物工程團隊讓細菌成為活體電晶體!研究人員以 Pantoea agglomerans 細菌建構訊號傳遞電路 麻省理工學院(MIT)研究團隊在《自然化學生物學》(Nature Chemical Biology)期刊發表研究,成功讓細菌細胞扮演類似電晶體的訊號傳遞角色,構成可執行邏輯運算的活體生物電路。研究以常見於植物表面的泛靛糖菌(Pantoea agglomerans)為操作對象,透過程式化設計讓細菌細胞感測特定分子後觸發開關訊號,最大電路規模達 24 個活體菌落。研究團隊希望這套技術最終能覆蓋植物葉片或根系,讓植物在乾旱或病蟲害等環境壓力下自動感測並啟動對應反應,為智慧農業提供全新的生物運算基礎。 電晶體的生物版本:細菌如何傳遞訊號 電晶體(transistor)是現代數位科技最基礎的構成單元,其核心邏輯極為簡單:透過「開」與「關」兩種狀態來傳遞電子訊號,無數個電晶體串聯組合後,就能執行從加法運算到影像辨識的各種複雜計算任務。你的手機、筆電與所有連網裝置,本質上都是由數十億個以矽為材料製成的微型電晶體在納秒尺度內反覆切換狀態所驅動的。MIT 生物工程學系主任克里斯多夫·福伊特(Christopher Voigt)與研究團隊的突破,在於將這套邏輯搬進生物的世界:讓個別細菌細胞扮演電晶體的角色,偵測特定化學分子後啟動或抑制訊號輸出,再透過細胞之間原本就存在的分子通訊機制,將這些訊號沿著設計好的路徑向上傳遞。這不是模擬電晶體的行為,而是從根本上利用細胞生物學的機制,建構出一個以活體細菌為元件的訊號處理系統。 Pantoea agglomerans:研究選用這種細菌的理由 研究團隊選擇泛靛糖菌(Pantoea agglomerans)作為這套生物電路的核心元件,這個選擇本身具有深刻的應用邏輯。Pantoea agglomerans 是一種廣泛存在於自然界的革蘭氏陰性細菌,特別常見於植物的葉片表面、根系周邊的土壤微生物群落,以及部分農業作物的內生菌群中。它在植物宿主上的天然定殖能力,使其成為設計「可以附著在植物表面運作」的生物電路的理想候選生物。在實驗室的操作層面,研究人員將細菌細胞培養在含有生長培養基的培養皿上,透過合成生物學(synthetic biology)的基因工程手段,對細胞進行程式化設計,讓它在偵測到特定分子時觸發...