Lập trình vi khuẩn để sản xuất thiết bị

• Tình trạng vi khuẩn nhờn thuốc thời đại của kháng sinh đã kết thúc?
• 60% người lành nhiễm vi khuẩn kháng kháng sinh
• Vi khuẩn kháng thuốc, nước đã đến chân!

Tác giả nghiên cứu Lingchong You, nhà nghiên cứu sinh học tổng hợp thuộc Đại học Duke ở Durham, North Carolina, cho biết công trình nghiên cứu này là bằng chứng về “khả năng phát triển một thiết bị chức năng bắt đầu từ một tế bào đơn lẻ. Quá trình này tương tự như lập trình một tế bào để phát triển toàn bộ cây".

Ảnh minh họa.

Trong tự nhiên đầy rẫy ví dụ về việc sinh vật tạo ra các cấu trúc bằng cách kết hợp các vật liệu hữu cơ và vô cơ: nhuyễn thể phát triển vỏ và con người phát triển xương bằng cách dệt các phân tử canxi với các thành phần hữu cơ.

Khả năng sử dụng vi khuẩn để chế tạo thiết bị có thể có nhiều ưu điểm so với các quy trình sản xuất hiện tại, chế tạo sinh học sử dụng nguyên vật liệu và năng lượng rất hiệu quả và thường thân thiện với môi trường.

Trong một nghiên cứu năm 2014 được công bố trên tạp chí Nature Materials, các nhà khoa học ở MIT cùng các đồng nghiệp đã kết hợp các vi khuẩn và các thành phần vô cơ, như các hạt vàng và các tinh thể cực nhỏ, thành các vật liệu lai có thể phát ra ánh sáng hoặc dẫn điện. Tuy nhiên, trong nghiên cứu này, vi khuẩn vẫn cần tác động từ bên ngoài để tạo ra các cấu trúc. Song hiện tại, các nhà khoa học đã tìm ra cách để vi khuẩn tự sản xuất các thiết bị.

Các nhà nghiên cứu mới đã kết hợp một loạt các gen tổng hợp vào E. coli, một loại vi khuẩn thường gặp trong ruột người. Những gen này làm việc cùng nhau giống như các thành phần của mạch điện tử để thực hiện một bộ hướng dẫn sinh học.

Theo nghiên cứu, các khuẩn lạc của vi khuẩn phát triển thành các cấu trúc giống như mái vòm. Các nhà nghiên cứu có thể thay đổi kích thước và hình dạng của các khuẩn lạc bằng cách kiểm soát các đặc tính của màng xốp mà chúng đã phát triển. Ví dụ, thay đổi kích thước của lỗ chân lông hoặc các màng ngăn nước ảnh hưởng đến chất dinh dưỡng, từ đó tiếp cận với các vi khuẩn và thay đổi mô hình tăng trưởng của chúng.

Mạch gen trong vi khuẩn cũng tạo ra một protein liên kết với các hợp chất vô cơ cụ thể (trong trường hợp này là các hạt vàng cực nhỏ). Các nhà nghiên cứu cho biết điều này làm cho vi khuẩn tạo ra các vỏ vàng bằng kích thước của những vết tàn nhang trung bình ở trên da chúng ta.

Theo các nhà khoa học, những vỏ vàng này có thể được sử dụng làm cảm biến áp lực. Các nhà nghiên cứu sử dụng dây đồng để kết nối các vòm vàng với đèn LED. Khi áp suất được gắn vào một mái vòm sẽ làm nó biến dạng, điều này làm tăng tính dẫn điện của nó, làm cho đèn LED sáng một lượng nhất định tùy thuộc vào áp suất áp dụng trước đó.