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A Petri dish can now host a rudimentary circuit board. MIT researchers printed colonies of engineered Pantoea agglomerans bacteria onto agar and connected them with chemical signals, creating living circuits that can switch, relay and process information in the laboratory.
Une boîte de Petri peut désormais accueillir une carte de circuit rudimentaire. Des chercheurs du MIT ont imprimé des colonies de bactéries Pantoea agglomerans génétiquement modifiées sur de l’agar et les ont reliées par des signaux chimiques, créant ainsi des circuits vivants capables de commuter, relayer et traiter des informations en laboratoire.
The key move was to split the job across cells. Two bacterial designs act as transistors: one switches on in response to the molecule OC-6, the other switches off. Both also detect OC-12 and, depending on the combination of inputs, release OHC-14. Three additional bacterial strains translate that signal so it can feed the next transistor. The result is a biological version of wiring components together rather than forcing one cell to carry an entire circuit.
L’idée clé a consisté à répartir les tâches entre les cellules. Deux types de bactéries jouent le rôle de transistors : l’un s’active en réponse à la molécule OC-6, l’autre se désactive. Tous deux détectent également OC-12 et, selon la combinaison des entrées, libèrent OHC-14. Trois souches bactériennes supplémentaires traduisent ce signal afin qu’il puisse alimenter le transistor suivant. Le résultat est une version biologique de l’interconnexion de composants, plutôt que de contraindre une seule cellule à porter l’intégralité d’un circuit.
The researchers demonstrated multi-input, “or” and “imply” logic gates, along with circuits that add two signals, process several signals at once or route one signal to a selected destination. The largest circuit contained 24 bacterial colonies. Each colony was printed about 5 millimeters from its nearest neighbor, allowing the signal to move in one direction through the layout.
Les chercheurs ont démontré des portes logiques à plusieurs entrées, « ou » et « implication », ainsi que des circuits capables d’additionner deux signaux, de traiter plusieurs signaux à la fois ou d’acheminer un signal vers une destination donnée. Le plus grand circuit comportait 24 colonies bactériennes. Chaque colonie était imprimée à environ 5 millimètres de sa voisine la plus proche, ce qui permettait au signal de se déplacer dans une seule direction à travers la structure.
The limitation is speed. These living circuits take about eight hours to perform each calculation, far slower than an electronic computer. MIT’s researchers say that timing could still make sense for biology, where a response measured overnight may be fast enough compared with a plant’s growth season.
La limite est la vitesse. Ces circuits vivants mettent environ huit heures à effectuer chaque calcul, soit bien plus longtemps qu’un ordinateur électronique. Les chercheurs du MIT estiment que ce délai pourrait tout de même être compatible avec la biologie, où une réponse mesurée durant la nuit peut être suffisamment rapide par rapport à la saison de croissance d’une plante.
So what does this change in practice? Not smartphones: the team says the circuits are meant to add computation to biology, not replace computers. The longer-term idea is to place bacteria on plant leaves or roots, where they could detect environmental stress such as drought or pest attack and potentially trigger a response such as synthesizing a fungicide. For now, that application remains a goal; the demonstrated system is a printed laboratory circuit on agar.
Qu’est-ce que cela change concrètement ? Pas les smartphones : l’équipe explique que ces circuits sont destinés à ajouter des capacités de calcul à la biologie, et non à remplacer les ordinateurs. L’idée à plus long terme serait de placer des bactéries sur les feuilles ou les racines des plantes, où elles pourraient détecter des stress environnementaux comme la sécheresse ou les attaques de nuisibles, et éventuellement déclencher une réaction telle que la synthèse d’un fongicide. Pour l’instant, cette application reste un objectif ; le système démontré est un circuit de laboratoire imprimé sur de l’agar.