El ordenador biológico con bacterias desarrollado por el MIT no utiliza silicio ni electricidad: procesa señales químicas mediante colonias de Pantoea agglomerans colocadas sobre una placa de agar. El trabajo, publicado en Nature Chemical Biology, demuestra que estas colonias pueden combinar señales, realizar operaciones lógicas y dirigir una entrada hacia distintas salidas.
El sistema más grande reúne 24 colonias bacterianas conectadas y necesita aproximadamente ocho horas para completar un cálculo. Su velocidad no pretende competir con la electrónica convencional, sino introducir una capacidad de procesamiento sencilla dentro de sistemas vivos, como plantas o microorganismos asociados a sus raíces.
El MIT ha distribuido un circuito lógico entre cinco cepas de bacterias: dos actúan como transistores y tres transportan las señales químicas entre colonias. El resultado es un sistema funcional, aunque lento y limitado por el crecimiento de los organismos.
Cómo funcionan los transistores bacterianos
En un circuito electrónico, un transistor controla el paso de la corriente. En este diseño, la función equivalente la desempeña una colonia de Pantoea agglomerans, una bacteria capaz de crecer sobre superficies como hojas y raíces. En lugar de electrones, el sistema transmite moléculas entre colonias próximas.
Los investigadores diseñaron dos tipos de transistor biológico. Ambos responden a la molécula OC-6, pero uno se activa cuando está presente y el otro se desactiva. A continuación, cada transistor detecta OC-12 y, dependiendo del estado del interruptor, genera OHC-14 como señal de salida.
Las otras tres cepas funcionan como enlaces. Transforman el OHC-14 en una señal que puede interpretar el siguiente transistor, de forma similar a las pistas que conectan componentes en una placa electrónica. En total, el circuito utiliza cinco tipos de bacterias: dos para la lógica y tres para transportar la información.
Una placa de agar sustituye a las pistas del circuito
Las colonias se imprimen sobre una placa de agar, separadas por unos cinco milímetros. Esa distancia hace que las moléculas alcancen principalmente la colonia más cercana, lo que orienta el flujo de información en una dirección concreta. La geometría del patrón impreso cumple así una función comparable a la de las conexiones físicas de un circuito.
El mismo tipo de transistor puede participar en operaciones diferentes según su posición dentro del esquema. El equipo mostró puertas de múltiples entradas, operaciones OR e IMPLY, además de circuitos capaces de sumar dos señales o trabajar con varias en paralelo. También construyó un demultiplexor, que dirige una señal hacia una de varias salidas según una entrada de control.
Ocho horas por cálculo y una vida útil de unos tres días
La principal limitación es la velocidad. La señal se desplaza por difusión espontánea de moléculas entre colonias, un proceso que necesita alrededor de ocho horas para cada operación. El circuito completo permanece activo aproximadamente tres días, mientras las bacterias crecen y modifican progresivamente el sistema.
Ese comportamiento impide plantearlo como sustituto de un ordenador convencional. El interés está en otro lugar: un circuito lento podría resultar suficiente para tomar decisiones biológicas que también ocurren lentamente, como la respuesta de una planta durante una noche o a lo largo de una temporada de cultivo.
Una posible aplicación en agricultura
El objetivo que plantean los investigadores es colocar circuitos de este tipo en raíces u hojas para detectar señales de estrés, como la sequía o el ataque de un parásito. En teoría, el sistema podría activar después una respuesta biológica, por ejemplo la síntesis de un fungicida. El material no indica que estas aplicaciones hayan sido demostradas fuera del laboratorio.
El crecimiento de las colonias también marca un límite al tamaño de los circuitos. A medida que los organismos vivos cambian, la disposición y el comportamiento de los componentes pueden dejar de ser estables. La investigación ha recibido financiación parcial de DARPA e IARPA, y cuenta con Hamid Doosthosseini como primer autor y Christopher Voigt como autor principal sénior.
Conclusión
El trabajo del MIT muestra una forma de computación distribuida en la que cada colonia bacteriana realiza una función sencilla y la red completa ejecuta operaciones lógicas. El avance está en trasladar la arquitectura del circuito fuera de una única célula, reduciendo algunas interferencias y limitaciones habituales de la biología sintética.
Por ahora, estos ordenadores vivos son lentos, temporales y dependen de organismos que crecen. Sus próximos retos serán mantener la fiabilidad del circuito durante más tiempo y comprobar si la lógica química puede integrarse de forma segura en plantas u otros entornos biológicos.
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